Komputerowa analiza własności mechanicznych mikrostruktury tkanki kostnej z wykorzystaniem modelu przestrzennej dystrybucji gęstości

Odsłon: 2412
Obszar badawczy:
Inżynieria biomedyczna
Status:
W trakcie realizacji
Kierownik projektu:
Współtwórcy projektu:
Data rozpoczęcia:
2009-11-02
Data zakończenia:
2011-11-17

Opis:

Dynamiczny rozwój technologii mający także wpływ na postęp w naukach komputerowych umożliwia rozwiązywanie coraz to bardziej skomplikowanych problemów obliczeniowych w wielu dziedzinach nauki. Między innymi w medycynie dzięki zastosowaniu inżynierii biomedycznej możliwe jest podejmowanie coraz to bardziej zaawansowanych wyzwań, których wyniki wpływają na poprawę zdrowia pacjenta. Poprawa procesu diagnozowania, monitorowania oraz przewidywanie postępu leczenia odbywa się z wykorzystaniem nowoczesnych technologii. Jedną z obserwowanych metod postępowania jest komputerowe wspomaganie procesu leczenia, którego podstawowym elementem są: model oraz numeryczne metody służące do jego rozwiazania. W wielu przypadkach konieczne jest ilościowe zidentyfikowanie własności tkanek dla których tworzony jest model.
Celem projektu jest opracowanie metodyki umożliwiającej identyfikację własności biomechanicznych mikrostruktury tkanki kostnej na podstawie modelu przestrzennej dystrybucji gęstości zdefiniowanego z zastosowaniem ilościowej rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej. Istotą projektu jest zdefiniowanie wysokorozdzielczego modelu numerycznego umożliwiającego przeprowadzenie analizy wytrzymałościowej, której wyniki pozwolą przewidywać własności mechaniczne modelowanej kości.
W końcowym efekcie projektu możliwe będzie zbadanie zależności pomiędzy zmianami gęstości mikrostruktury (lub nanostruktury) tkanki kostnej, a odpowiadającym temu procesowi obniżeniu wytrzymałości mechanicznej co pozwoli na istone rozszerzenie dotychczasowej wiedzy pochodzącej z ilościowej analizy geometrii mikrostruktury mierzonej z zastosowaniem parametrów histomorfometrycznych. Przy tak wysokorozdzielczym pomiarze zmian w gęstości mineralnej możliwa będzie ilościowa identyfikacja dystrybucji gęstości nawet dla pojedynczej beleczki kostnej lub cienkiej warstwy istoty korowej.
Praktyczne zastosowanie wyników projektu po uzyskaniu zadawlających wyników końcowej walidacji metody, umożliwi wykorzystanie jej w badaniach materiału klinicznego np. preparatów biopsyjnych tkanki kostnej, które zwykle poddawane są niszczącej analizie histologicznej. Dzięki zastosowaniu QmicroCT możliwa będzie analiza trójwymiarowych parametrów mikrostruktury/nanostruktury, zwiększy to możliwości dostarczenia nowych danych dla procesu diagnozy lekarskiej oraz być może wcześniejszej diagnostyki oraz skuteczniejszego leczenia osteoporozy a także innych chorób tkanki kostnej.
Ponadto możliwe będą korzystne zmiany w prowadzeniu badań z wykorzystaniem małych zwierząt laboratoryjnych (szczur, mysz), dotyczące zarówno ograniczenia liczby zwierząt biorących w eksperymencie jak i udostepnienia bardziej dokładnych informacji o gęstości tkanki kostnej.
Na koniec warto podkreślić najważniejszą korzyść, mianowicie wyniki projektu pozwolą rozpocząć dyskusję o densytometrii tkanki kostnej na poziomie jej podstawowego elementu strukturalnego, którego bezzniszczeniowa i trójwymiarowa ilościowa ocena jest jak dotąd nieosiągalna.

Copyright © 1997-2012 - Zakład Komputerowych Systemów Biomedycznych.
Uniwersytet Śląski, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach, Instytut Informatyki, ul. Będzińska 39, 41-200 Sosnowiec, Polska