Aree di competenza

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Bioingegneria
La bioingegneria rappresenta la sintesi delle competenze teoriche e applicative necessarie alla realizzazione dei sistemi intelligenti in ambito biomedicale, con finalità sia traslazionali che di innovazione tecnologica. Le attività del gruppo di ricerca in bioingegneria si focalizzano sull'analisi e la modellazione ed integrazione di segnali e immagini biomedicali multimodali per applicazioni in ambito neuroscientifico, clinico e industriale. A tale scopo vengono sviluppati nuovi metodi basati su approcci modellistici, analisi statistica dei dati e intelligenza artificiale. Il gruppo di bioingegneria si occupa di studiare e modellare la struttura e la funzione cerebrali nonché le loro associazioni con i determinanti genetici sottostanti, basandosi su metodi statistici e di intelligenza artificiale spiegabile (XAI). Le principali attività di ricerca in corso includono la costruzione di modelli matematici, che tengano conto del substrato neurobiologico e neuroanatomico del tessuto neuronale, la caratterizzazione della connettività strutturale/funzionale/efficace e della microstruttura cerebrale, della genetica dell'imaging e delle interfacce cervello-computer attive/passive e ibride che sulla bse di biosensori indossabili e telemedicina. La missione è quindi sviluppare nuove metodologie/tecnologie che abbiano anche una ricaduta significativa nella ricerca translazionale grazie al loro trasferimento nella pratica clinica. Il BrainNAVLab partecipa inoltre alle attività di standardizzazione negli organismi JPEG e DICOM, in particolare JPEG-DNA e DICOME WG 32, per lo sviluppo di nuovi standard che rispondano ai requisiti emersi negli ultimi anni quali multidimensionalità, big-data, e condivisione nel rispetto di privacy e sicurezza.


Chirurgia robotica e di precisione
La Chirurgia robotica e di precisione rappresenta una delle più importanti frontiere dell’avanzamento scientifico e di cura della medicina. L’uso della tecnologia a supporto degli interventi chirurgici ha ormai superato la fase pionieristica e si indirizza verso uno sviluppo rapido e sempre più ampio delle proprie applicazioni. In questo ambito la possibilità di mettere assieme un gruppo di specialisti provenienti da diversi ambiti chirurgici offendo loro una concreta possibilità di stretta interazione con ricercatori di area ingegneristica e tecnologica porterà ad una forte accelerazione di un processo già ben avviato e fornirà un adeguato completamento per l’ambito dei trattamenti chirurgici all’approccio previsto anche per il contesto medico.


Etica e diritto della biomedicina di innovazione
L’area si propone di sviluppare riflessioni filosofico-morali e giuridiche sulle nuove frontiere della biomedicina e delle biotecnologie di fronte alle sfide etiche poste dal loro incessante avanzamento scientifico. Pur riconoscendo le peculiarità proprie del dibattito in bioetica e in biodiritto, l’area intende proporre percorsi di ricerca alternativi che, partendo da competenze filosofico-morali e giuridiche, mirino a garantire la coerenza dei principi etici che sottendono le nuove acquisizioni scientifiche con l’ambito della disciplina legislativa, sia italiana che transnazionale. A tal riguardo, un focus particolare dell’area sarà declinato sulla nuova relazione di cura, dove uno spazio sempre più decisivo sarà occupato dalla componente robotica e artificiale. L’attività di ricerca dell’area si concentrerà poi nel dirimere le numerose tensioni esistenti nell’ambito della medicina, in primo luogo quella tra la nuova medicina personalizzata, ivi compresa la ricerca medico-farmacologica, e la necessità di un ripensamento nella distribuzione delle risorse sanitarie secondo criteri di equità e giustizia, eticamente e giuridicamente intese. Secondariamente, occorre ripensare la tradizionale interpretazione del bene-salute alla luce della polarità, da un lato, tra il piano individuale-soggettivo e quello pubblico, e, dall’altro, tra l’iperspecializzazione medica e una prospettiva della patologia e dell’approccio medico a carattere olistico.


Fisica Applicata alla Medicina e Fisica Sperimentale
Nella ricerca medica, ambientale, energetica ed industriale un ruolo cruciale è rivestito da metodi e strumenti propri della fisica. Rientrano in questi lo sviluppo e la caratterizzazione di nuovi materiali e nanomateriali, le moderne metodologie di imaging e le metodologie di analisi e modellazione dei dati. In questo contesto, l’attività di ricerca in Fisica Applicata alla Medicina e Fisica Sperimentale si focalizza su: (i) studio, preparazione e caratterizzazione di materiali e nanomateriali con funzionalità innovative per applicazioni biomediche, ambientali, energetiche ed industriali. (ii) ricerca sperimentale su materiali e nanomateriali avanzati per applicazioni in ambito diagnostico e terapeutico. In particolare: agenti di contrasto, agenti per termoterapia a fluido magnetico e per fototerapia, nanomateriali per drug delivery. (iii) imaging medico/traslazionale e relative competenze di acquisizione e analisi dei dati. (iv) tecniche di microscopia e spettroscopia per la caratterizzazione dei materiali e relative competenze di acquisizione e analisi dei dati.


Medicina diagnostica di precisione e personalizzata
La medicina diagnostica di laboratorio e anatomopatologica di precisione e personalizzata consente di indirizzare i trattamenti più appropriati e di ridurre l’utilizzo di farmaci migliorando la cura e riducendo i costi. L’utilizzo di tecnologie avanzate, con automazione e standardizzazione dei processi diagnostici e sviluppo anche di sistemi di intelligenza artificiale, prevede l’individuazione di trattamenti in base alle caratteristiche del paziente (medicina personalizzata), con il make-up genetico individuale (medicina predittiva) oltre che della malattia (medicina di precisione); riduzione degli effetti collaterali; riduzione dei costi; diagnosi rapida o anticipata (early diagnosis o medicina preventiva secondaria); miglioramento nella gestione delle malattie, anche attraverso l’impiego di sensori indossabili e applicazioni mobili dedicate alla salute; progettazione e sviluppo ottimizzato degli studi clinici; progettazione e/o sviluppo di nuova strumentazione biotecnologica e/o di tecniche analitiche innovative (patologia digitale e sviluppo di sistemi di intelligenza artificiale) e/o di strumentazione di supporto (ad esempio preanalitica –“sample preparation”) Una area specifica riguarderà lo sviluppo di analizzatori sempre più sicuri, accurati, performanti ed efficaci, riducendo i rischi per operatori e pazienti, aumentando contestualmente la produttività.


Medicina di precisione
Questa area intende portare a compimento un percorso già avviato verso una pratica clinica di Medicina di Precisione, sperimentandola negli ambiti dell’Oncologie e dell’Ematologia, basata su un paradigma di inquadramento e classificazione fenotipica e molecolare, che consenta una comprensione profonda dei meccanismi biologici ad una actionability clinica. Tale percorso si basa su una strettissima integrazione tra ricerca (clinica e traslazionale), assistenza e didattica (rivolta alla formazione di una nuova generazione di oncologi, con competenze trasversali, che superino la tradizionale suddivisione concettuale basata sui distretti anatomici d'insorgenza delle patologie e presuppone uno scambio ed una interazione continui e strutturali con discipline come le biotecnologie, la patologia molecolare, la farmacologia la bioinformatica, la biostatistica e la bioingegneria, per lo sviluppo e l'applicazione di nuovi algoritmi clinici e gestionali.


Medicina rigenerativa funzionale e personalizzata
La valutazione clinica accurata, l’analisi strumentale e la valutazione posturale e del movimento sono strumenti essenziali per l’attuazione di interventi di cura fortemente individualizzabili come quelli basati sulla dieta e nutrizione, su programmi di esercizio personalizzati per la cura e la prevenzione di un ampio numero di patologie comportamentali, degenerative e neurodegenerative. In questo contesto si possono considerare pienamente collocabili anche i recenti sviluppo di interventi science-driven per la validazione e l’ottimizzazione di programmi di allenamento di soggetti, sani o con disabilità, che praticano attività fisica a vari livelli. In tale ambito, si colloca anche lo sviluppo e l’applicazione di tecnologie innovative per la diagnostica, la valutazione ed il monitoraggio comprendenti anche le tecnologie digitali con l’utilizzo di dispositivi sensorizzati in grado di ottimizzare la comunicazione paziente/medico con lo sviluppo di modelli relazionali attenti alle dimensioni psicologiche caratterizzanti le diverse età della vita. Nell’affrontare le varie patologie di competenza saranno considerate anche le risposte rigenerative presenti nei vari organi e tessuti di interesse in relazione agli interventi nutrizionali e motori sopracitati prevedendo lo sviluppo di nuovi prodotti nutraceutici attivi rappresentano strategie all’avanguardia nella cura personalizzata.


Sistemi fisici e ciberfisici
Sistemi fisici e ciberfisici (Physical and Cyber-physical systems)
L’internet delle cose (IoT) e i sistemi ciberfisici rappresentano il punto di unione tra il mondo fisico e quello digitale. Questa area di competenza è fondamentale per tutti i sistemi che vogliono interagire con cose e persone (https://cisd.di.univr.it). Dal lato cyber essa si occupa di progettare e ottimizzare architetture hardware, applicazioni dedicate e real-time, e tecnologie di rete e di interconnessione per sistemi intelligenti, integrando competenze di calcolo, controllo e comunicazione. Dal lato fisico è specializzata nello studio e preparazione di materiali per la fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi per la sensoristica (sia in ambito biomedico sia in ambito industriale), per il drug delivery e per la produzione energetica (fotovoltaico).


Sistemi intelligenti e analisi di dati
L'area di sistemi intelligenti progetta algoritmi che possono essere accoppiati con la robotica nelle impostazioni dei processi industriali, o diventare sistemi di classificazione collegati a sensori passivi. I sistemi intelligenti seguono una sequenza di eventi nella diagnosi e nell’affrontare un potenziale problema. In particolare, identificano e definiscono un problema; selezionano i criteri di valutazione da applicare alla situazione; grazie ai criteri, individuano potenziali soluzioni attraverso processi di ottimizzazione e machine learning. Quest'area è crocevia di più discipline, quali l'elaborazione dei segnali e le immagini, la visione computazionale e il riconoscimento e predizione di pattern. In cui emerge la necessità correlare sorgenti informative eterogenee per estrarre in tempo reale conoscenza utile ai processi decisionali, preferenze e abitudini, anticipando così i bisogni di utenti e applicazioni dei più disparati settori.


Sistemi robotici e automazione
Le tecnologie robotiche vengono ormai impiegate anche al di fuori delle realizzazioni tradizionali, come i bracci robotici e i robot umanoidi, ma entrano nei prodotti più diversi, come le automobili, i dispositivi domestici, e soprattutto le apparecchiature medicali e industriali. Infatti, il paradigma chiave della robotica: “percezione, ragionamento, azione” si estende a un gran numero di dispositivi, soprattutto in quelli in cui il ragionamento può essere potenziato dall’uso di metodi dell’Intelligenza Artificiale. Inoltre, la meccanica e la sua automazione sono aspetti fondamentali della progettazione di un sistema robotico.Le tecnologie robotiche vengono ormai impiegate anche al di fuori delle realizzazioni tradizionali, come i bracci robotici e i robot umanoidi, ma entrano nei prodotti più diversi, come le automobili, i dispositivi domestici, e soprattutto le apparecchiature medicali e industriali. Infatti, il paradigma chiave della robotica: “percezione, ragionamento, azione” si estende a un gran numero di dispositivi, soprattutto in quelli in cui il ragionamento può essere potenziato dall’uso di metodi dell’Intelligenza Artificiale. Inoltre, la meccanica e la sua automazione sono aspetti fondamentali della progettazione di un sistema robotico.


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