Il gruppo di Fisica Medica effettua ricerche per il miglioramento delle metodiche diagnostiche in ortopedia e per l’introduzione alla pratica clinica ortopedica delle tecnologie informatiche e delle comunicazioni (ICT).  Il gruppo ha acquisito specifiche competenze nel settore delle tecniche microtomografiche per la caratterizzazione dei tessuti ossei e dei biomateriali. Partecipa inoltre a  progetti di ricerca nazionali ed internazionali nel settore del trasferimento tecnologico in ortopedia quali:

• Progetto europeo VIRTUS: per la diffusione su vasta scala di servizi di telemedicina (2001-2003);
• Progetto regionale HandHealth:  per la validazione di strumenti palmari in ambito ortopedico (2004-2006);
• Progetto di ricerca finalizzata: sviluppo e validazione di soluzioni per la computer aided medicine in ortopedia (2005-2007);
• Progetto europeo LHDL: Living Human Digital Library: per la creazione di una libreria digitale interattiva e di servizi per l'accesso a dati biomedici relativi all'apparato muscolo-scheletrico (2006-2009);
• Progetto europeo VPHOP: The Osteoporotic Virtual Physiological Human, valutazione di nuove tecnologie diagnostiche nella predizione del rischio di frattura osteoporotica (2008-2012);
• Progetto di ricerca finalizzata: Early diagnosis of pending failures of total hip arthroplasty with hard-to-hard bearings (2010-2014);
• Progetto di ricerca finalizzata: Manufacturing information of orthopedic articular prosthesis. Analysis of specific safety issues for radiotherapy, magnetic resonance, orthopedic surgery and identification of a traceability model (2012-2015).
• Progetto europeo MIMAS: Procedures allowing medical implant manufacturers to demonstrate compliance with MRI safety regulations (2018-2021)
• Progetto di ricerca finalizzata ForceLoss: differential diagnosis of force loss in fragile elders (2021-2024)
• Progetto europeo In Silico World (ISW): Lowering barriers to ubiquitous adoption of In Silico Trials (2021-2024)
• Programma Nazionale Complementare al PNRR - progetto DARE: Digital Lifelong Prevention (2022-2026)
• Progetto europeo METASTRA: Computer-Aided effective fracture risk stratification of patients with vertebral metastases for personalised treatment through robust computational models validated in clinical settings (2023-2028)

Tecniche microtomografiche per la caretterizzazione dei tessuti ossei e dei biomateriali

La microtomografia a raggi X (microCT) è una tecnica emergente per la caratterizzazione non distruttiva di piccoli campioni in vari campi della ricerca, per es. in ortopedia, in odontoiatria e nei biomateriali. Essa è basata sugli stessi principi della comune tomografia assiale computerizzata. Il sistema istallato al LTM_IOR (Skyscan 1072, Skyscan, Belgium, http://www.skyscan.be) offre un imaging ad alta risoluzione (5-20 microm/pixel) per campioni di dimensioni di 4-20 mm. Il sistema permette una visualizzazione 2D e 3D dei campioni esaminati.

Campi di impiego nel laboratorio:

• Istomorfometria ossea (per es. densità delle trabecole, spessore delle trabecole)
• Caratterizzazione dei biomateriali (per es. porosità)

Caratterizzazione dei parametri strutturali assieme alle proprietà meccaniche dell'osso trabecolare.
Un vantaggio della microCT rispetto all'istologia è che la prima è un metodo di indagine non distruttivo, che mantiene la struttura del campione intatta, permettendo prove ed analisi ulteriori (per esempio prove meccaniche). In questo modo è possibile combinare le informazioni strutturali del campione osseo esaminato mediante microCT (per es. densità e spessore trabecolare) con le proprietà meccaniche determinate sperimentalmente (per es. modulo elastico, tensione di rottura).

Pubblicazioni correlate:

• Perilli E, Baruffaldi F, Bisi MC, Cristofolini L, Cappello A. A physical phantom for the calibration of three-dimensional X-ray microtomography examination. J Microsc. 2006 May;222(Pt 2):124-34
• Perilli E, Baruffaldi F, Visentin M, Bordini B, Traina F, Cappello A, Viceconti M. MicroCT examination of human bone specimens: effects of polymethylmethacrylate embedding on structural parameters. J Microsc. 2007 Feb;225(Pt 2):192-200
• Zauli G, Rimondi E, Stea S, Baruffaldi F, Stebel M, Zerbinati C, Corallini F, Secchiero P. TRAIL inhibits osteoclastic differentiation by counteracting RANKL-dependent p27Kip1 accumulation in pre-osteoclast precursors. J Cell Physiol. 2008 Jan;214(1):117-25
• Panaroni C, Gioia R, Lupi A, Besio R, Goldstein SA, Kreider J, Leikin S, Vera JC, Mertz EL, Perilli E, Baruffaldi F, Villa I, Farina A, Casasco M, Cetta G, Rossi A, Frattini A, Marini JC, Vezzoni P, Forlino A. In utero transplantation of adult bone marrow decreases perinatal lethality and rescues the bone phenotype in the knockin murine model for classical, dominant osteogenesis imperfecta. Blood. 2009 Jul 9;114(2):459-68
• Tassani S, Ohman C, Baleani M, Baruffaldi F, Viceconti M. Anisotropy and inhomogeneity of the trabecular structure can describe the mechanical strength of osteoarthritic cancellous bone. J Biomech. 2010 Apr 19;43(6):1160-6
• Tassani S, Ohman C, Baruffaldi F, Baleani M, Viceconti M. Volume to density relation in adult human bone tissue. J Biomech. 2011 Jan 4;44(1):103-8
• Giannini C, Siliqi D, Bunk O, Beraudi A, Ladisa M, Altamura D, Stea S, Baruffaldi F. Correlative light and scanning X-ray scattering microscopy of healthy and pathologic human bone sections. Sci Rep. 2012;2:435
• Tassani S, Matsopoulos GK, Baruffaldi F. 3D identification of trabecular bone fracture zone using an automatic image registration scheme: A validation study. J Biomech. 2012 Jul 26;45(11):2035-40.
• Benasciutti E, Mariani E, Oliva L, Scolari M, Perilli E, Barras E, Milan E, Orfanelli U, Fazzalari NL, Campana L, Capobianco A, Otten L, Particelli F, Acha-Orbea H, Baruffaldi F, Faccio R, Sitia R, Reith W, Cenci S. MHC class II transactivator is an in vivo regulator of osteoclast differentiation and bone homeostasis co-opted from adaptive immunity. J Bone Miner Res. 2014 Feb;29(2):290-303
• Maffezzoni F, Maddalo M, Frara S, Mezzone M, Zorza I, Baruffaldi F, Doglietto F, Mazziotti G, Maroldi R, Giustina A. High-resolution-cone beam tomography analysis of bone microarchitecture in patients with acromegaly and radiological vertebral fractures. Endocrine. 2016 Nov;54(2):532-542. doi: 10.1007/s12020-016-1078-3. Epub 2016 Sep 6. PMID: 27601020
• Caravaggi P, Liverani E, Leardini A, Fortunato A, Belvedere C, Baruffaldi F, Fini M, Parrilli A, Mattioli-Belmonte M, Tomesani L, Pagani S. CoCr porous scaffolds manufactured via selective laser melting in orthopedics: Topographical, mechanical, and biological characterization. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2019 Oct;107(7):2343-2353. doi: 10.1002/jbm.b.34328. Epub 2019 Jan 28. PMID: 30689288
• Zaghini A, Sarli G, Barboni C, Sanapo M, Pellegrino V, Diana A, Linta N, Rambaldi J, D'Apice MR, Murdocca M, Baleani M, Baruffaldi F, Fognani R, Mecca R, Festa A, Papparella S, Paciello O, Prisco F, Capanni C, Loi M, Schena E, Lattanzi G, Squarzoni S. Long term breeding of the Lmna G609G progeric mouse: Characterization of homozygous and heterozygous models. Exp Gerontol. 2020 Feb;130:110784. doi: 10.1016/j.exger.2019.110784. Epub 2019 Nov 30. PMID: 31794853
• Baruffaldi F, Mecca R, Stea S, Beraudi A, Bordini B, Amabile M, Sudanese A, Toni A. Squeaking and other noises in patients with ceramic-on-ceramic total hip arthroplasty. Hip Int. 2020 Jul;30(4):438-445. doi: 10.1177/1120700019864233. Epub 2019 Jul 21. PMID: 31328560.