Personale docente

Emanuele Luigi Carniel

Professore associato confermato

ING-IND/34

Indirizzo: VIA VENEZIA, 1 - PADOVA . . .

Telefono: 0498276876

E-mail: emanueleluigi.carniel@unipd.it

Dati personali
Data di Nascita: 19 Maggio 1979
Nazionalità: Italiana
Web Site: www.dii.unipd.it; www.cmbm.unipd.it
ORCID: orcid.org/0000-0002-1195-2096;
Researcher ID: J-9820-2016

Educazione
2007 PhD in Bioingegneria, Tesi: "Formulation of constitutive models for the analysis of the mechanical behaviour of soft biological tissues", Dipartimento di Ingegneria Elettronica e Informatica, Università of Padova. Supervisori: Prof. AN Natali (Università di Padova), Prof. C Provatidis (National Technical University, Athens, Greece)
2004 Abilitazione alla Professione di Ingegnere
2003 Laurea in Ingegneria dei Materiali (con lode e menzione di merito per il curriculum studiorum), Tesi: "Numerical definition of constitutive models for the biomechanical analysis of soft connective tissues: analysis of hyperelastic, visco-hyperelastic and elasto-damage phenomena", Dipartimento di Costruzioni e Trasporti, Università di Padova. Relatore: Prof. AN Natali

Posizioni professionali
2015 – Oggi Professore Associato (SSD: ING-IND/34) - Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Padova
2010 – 2015 Ricercatore Universitario (SSD: ING-IND/34) - Dipartimento di Costruzioni e Trasporti, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Padova
2007 – 2010 Assegnista di Ricerca - Dipartimento di Costruzioni e Trasporti, Centro interdipartimentale di ricerca di Meccanica dei Materiali Biologici, Università di Padova
2017 – Oggi Coordinatore scientifico delle attività del Distretto dello SportSystem di Asolo e Montebelluna
2004 – Oggi Referente per le attività di Ricerca e Sviluppo Tecnologico – Assindustria VenetoCentro

Periodi all'estero
2005 Visiting Scientist presso Department of Orthodontics, University of Ulm, Germany (Prof. Franz Gunter Sander)

Società scientifiche
2017 – Oggi Membro della Società Italiana Biomateriali (SIB)
2010 - Oggi Socio Fondatore del Gruppo Nazionale di Bioingegneria (GNB)
2010 – Oggi Membro della European Society of Biomechanics (ESB)
2010 – Oggi Membro dell’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM)

Attività istituzionali e di Servizio
2020 – Oggi Direttore del Centro interdipartimentale di ricerca di Meccanica dei Materiali Bioloigici
2020 – Oggi Membro della Commissione d’Area di Ateneo 10 Ingegneria Industriale
2019 – Oggi Membro della Commissione Ricerca del Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Padova
2019 - 2021 Membro del Consiglio Direttivo del Corso di Dottorato in Ingegneria Industriale, Università di Padova
2018 – 2019 Membro aggregato della Commissione degli Esami di Stato per l’Abilitazione alla Professione di Ingegnere (Ramo Industriale), Università di Padova
2017 - Oggi Membro del Consiglio Direttivo del Centro interdipartimentale di ricerca di Meccanica dei Materiali Biologici
2017 - Oggi Membro del Collegio Docenti del Corso di Dottorato in Ingegneria Industriale, Università di Padova
2017-2018 Membro della Commissione per l'ammissione al Corso di Dottorato in Ingegneria Industriale (XXXIII e XXXIV ciclo)
2013 - 2018 Membro della Commissione per la Biblioteca di Ingegneria
2013 - 2017 Membro della Commissione Didattica, Corso di Laurea in Scienze Motorie, Dipartimento di Scienze Biomediche, Università di Padova
2015 - 2016 Presidente della Commissione degli Esami di Stato per l’Abilitazione alla Professione di Ingegnere (Ramo Industriale), Università di Padova
2010 - Oggi Membro della Commissione Tesi, Corso di Laurea in Scien

Si riporta una selezione di dieci tra le pubblicazioni più significative realizzate nell'ultimo triennio. Elenco completo delle pubblicazioni è disponibile entro il Curriculum allegato.
1. Toniolo, I., Fontanella, C.G., Gagner, M., Stefanini, C., Foletto, M., Carniel, E.L., Computational evaluation of laparoscopic sleeve gastrectomy (2021) Updates in Surgery, In Press. DOI: 10.1007/s13304-021-01046-y
2. Fontanella, C.G., Carniel, E.L., Computational Tools for the Investigation of the Male Lower Urinary Tract Functionality in Health and Disease (2021) Journal of Medical and Biological Engineering, 41 (2), pp. 203-215. DOI: 10.1007/s40846-021-00599-y
3. Toniolo, I., Fontanella, C.G., Foletto, M., Carniel, E.L., Biomechanical investigation of the stomach following different bariatric surgery approaches (2020) Bioengineering, 7 (4), art. no. 159, pp. 1-12. DOI: 10.3390/bioengineering7040159
4. Carniel, E.L., Toniolo, I., Fontanella, C.G., Computational biomechanics: In-silico Tools for the investigation of Surgical Procedures and Devices (2020) Bioengineering, 7 (2), 48. DOI: 10.3390/bioengineering7020048
5. Carniel, E.L., Albanese, A., Fontanella, C.G., Pavan, P.G., Prevedello, L., Salmaso, C., Todros, S., Toniolo, I., Foletto M., Biomechanics of stomach tissues and structures in patients with obesity (2020) Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 110, 103883. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.103883
6. Salmaso, C., Toniolo, I., Fontanella, C.G., De Roit, P., Albanese, A., Polese, L., Stefanini, C., Foletto, M., Carniel, E.L., Computational tools for the reliability assessment and the engineering design of procedures and devices in bariatric surgery (2020) Annals of biomedical Engineering, 48 (10), pp. 2466-2483. DOI: 10.1007/s10439-020-02542-9
7. Toniolo, I., Salmaso, C., Bruno, G., De Stefani, A., Stefanini, C., Gracco, A.L.T., Carniel, E.L., Anisotropic computational modelling of bony structures from CT data: An almost automatic procedure (2020) Computer Methods and Programs in Biomedicine, 189,105319. DOI: 10.1016/j.cmpb.2020.105319
8. Natali, A.N., Fontanella, C.G., Carniel, E.L., Biomechanical analysis of the interaction phenomena between artificial urinary sphincter and urethral duct (2020) International Journal for Numerical Methods in Biomedical engineering, 36(3), e3308. DOI: 10.1002/cnm.3308
9. Fontanella, C.G., Salmaso, C., Toniolo, I., de Cesare, N., Rubini, A., De Benedictis, G.M., Carniel, E.L., Computational models for the mechanical investigation of stomach tissues and structure (2019) Annals of Biomedical Engineering, 47(5), pp. 1237-1249. DOI: 10.1007/s10439-019-02229-w
10. Natali, A.N., Carniel, E.L., Fontanella, C.G., Interaction phenomena between a cuff of an artificial urinary sphincter and a urethral phantom (2019) Artificial Organs, 43, pp. 888-896. DOI: 10.1111/aor.13455

Attività di ricerca

Sintesi delle attività di ricerca svolte
Le attività di ricerca sono focalizzate nella analisi della funzionalità meccanica di tessuti e strutture biologiche, seguendo un approccio modellistico multidisciplinare. Obiettivo generale consiste nella valutazione di affidabilità fisio-meccanica e nella progettazione di procedure e dispositivi biomedicali con riferimento diretto alla applicazione clinica e chirurgica, puntando al miglioramento della diagnosi e della terapia. L’approccio prevede la combinazione sinergica di differenti metodologie di studio: modellistica teorico-computazionale, sperimentazione in vitro, attività in vivo su modello animale ed in contesto clinico. Le attività sperimentali costituiscono termine indispensabile per la definizione, identificazione e validazione del modello del sistema biologico analizzato, il quale permette poi una indagine di funzionalità secondo ampiezza di condizioni e livello di approfondimento non possibili attraverso la sola metodica clinico-sperimentale. L’approccio adottato permette una minimizzazione in termini di invasività e necessità di reperimento di campioni biologici complessi, nonché una massimizzazione in termini di rendimento e ripetibilità.
I principali risultati conseguiti nella ricerca scientifica, da un punto di vista metodologico, possono essere riassunti nella definizione di innovative procedure per l’analisi costitutiva dei materiali biologici, nonché di metodologie accoppiate sperimentali e computazionali per l’analisi biomeccanica di strutture biologiche e dei processi di interazione con strumentazioni chirurgiche e/o elementi protesici. Il tutto è documentato dalle reti di collaborazioni instaurate, sia a livello accademico che industriale, da alcuni brevetti depositati, oltre che dalle numerose pubblicazioni su rivista e atti di convegno.
Gli specifici ambiti di intervento vengono definiti sulla base di esigenze manifestate sia in ambito socio-sanitario che industriale, in considerazione delle priorità stabilite a livello nazionale ed internazionale. Attualmente, i principali contesti della ricerca possono essere così riassunti: a) approccio biomeccanico alla funzionalità dell’arto inferiore; b) approccio modellistico alla fisio-meccano-biologia del tratto gastrointestinale; c) approccio biomeccanico alla funzionalità delle vie urinarie inferiori; d) meccanica cellulare nella valutazione dei processi di accrescimento di masse tumorali. Si citano infine proficue attività di ricerca condotte in passato nel contesto della biomeccanica dentale e della protesica in generale.

Definizione, composizione e connotazione del gruppo di ricerca
L'attività di ricerca sviluppata si configura secondo una connotazione di forte multidisciplinarità e vede il coordinamento e la collaborazione di ricercatori che presentano estrazione scientifica definita nei contesti dell’ingegneria, delle scienze biomediche e della medicina, con l’obiettivo di una integrazione sinergica di competenze, di modalità di lavoro e di risorse disponibili. Costituisce obiettivo della ricerca non solo l'indagine di specifiche tematiche, ma anche la continua definizione ed affinamento di un metodo di studio, da cui l’importanza della formazione alla ricerca, e quindi la piena partecipazione alle attività da parte di dottorandi, borsisti e laureandi.

Metodi ingegneristici per la valutazione di affidabilità e la ottimizzazione di procedure nel contesto della chirurgia bariatrica
L’obesità costituisce una delle principali problematiche dell’era contemporanea. La chirurgia bariatrica rappresenta intervento efficace per la cura della patologia, attraverso la modifica della funzionalità del tratto gastrointestinale, con particolare riferimento a stomaco e, parzialmente, intestino. Le alterazioni di funzionalità sono da intendersi in termini di modifica dimensionale e di capacità di assorbimento. Ad oggi, le procedure bariatriche offrono buoni risultati, ma ci sono ancora notevoli margini di miglioramento in termini di incremento di efficacia e riduzione di invasività. Le attività di tesi possono essere inquadrate in uno o più dei seguenti contesti:
- Sviluppo di modelli computazionali per la valutazione della funzionalità meccanica dello stomaco in configurazione pre- e post-chirurgica, con riferimento ad intervento di sleeve-gastrectomy. Attività computazionale e sperimentale (quest’ultima necessaria ai fini della definizione e della validazione dei modelli computazionali).
- Sviluppo di modelli meccano-biologici interpretativi la correlazione tra stimolazione meccanica della parete gastrica (in conseguenza all’introduzione di cibo) e l’attivazione di regioni cerebrali. Analisi della letteratura scientifica ai fini della identificazione dell’approccio modellistico. Implementazione computazionale dei modelli e validazione sulla base di dati da letteratura scientifica e/o acquisizioni ad hoc mediante tecniche MRI presso la Clinica Universitaria.
- Sviluppo di modelli metabolici finalizzati alla identificazione di correlazioni tra ingestione di cibo (tipologia e quantità) e conseguente rilascio ormonale (ghrelina, GLP-1, PYY, CCK). Analisi della letteratura scientifica ai fini della identificazione dell’approccio modellistico. Implementazione computazionale dei modelli e validazione sulla base di dati da letteratura scientifica e/o acquisizioni ad hoc in collaborazione con la Clinica Universitaria.

Analisi meccanica e fluidodinamica delle vie urinarie inferiori
L’incontinenza urinaria rappresenta una patologia con diffusione sempre maggiore (a causa dell’incremento dell’età media della popolazione) e con notevoli conseguenza di disagio sociale e di tipo economico. Sussistono ad oggi interventi chirurgici mirati al ripristino della continenza, la cui efficacia e durata presentano notevole margine di miglioramento. Ai fini di una corretta progettazione di dispositivi biomedicali per il ripristino della continenza urinaria, è fondamentale una precisa conoscenza della funzionalità delle vie urinarie inferiore e la disponibilità di modelli computazionali interpretativi la funzionalità meccanica e fluidodinamica. Le attività di tesi possono essere inquadrate in uno o più dei seguenti contesti:
- Progettazione e realizzazione di un banco prova per l’analisi della funzionalità fluidodinamica delle vie urinarie inferiori. Il banco prova dovrà essere equipaggiato di supporti per campione biologico (vescica ed uretra), sistemi per l’induzione di uno stimolo di ingresso (es.: pressione in vescica), sensori per la valutazione di pressione e di flusso.
- Sviluppo di modelli computazionali interpretativi l’azione di sfinteri artificiali. Analisi della correlazione tra azione sfinterica, stimolo in ingresso e flusso risultante.