Badania numeryczne przepływu krwi i odkształceń tkanek biologicznych
Identyfikator grantu: PT01040
Kierownik projektu: Marcin Nowak
Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Gdańsk
Data otwarcia: 2023-02-17
Planowana data zakończenia grantu: 2027-02-17
Streszczenie projektu
Głównym celem grantu obliczeniowego jest użycie metod numerycznych związanych z mechaniką płynu i ciała stałego, w biomechanice elastycznych tkanek (cardiovascular biomechanics). Choroby układu krwionośnego są wciąż główną przyczyną śmierci na świecie. Modelowanie numeryczne w ujęciu metody objętości skończonych (FVM), metody elementów skończonych (FEM) oraz innych, przyczynia się do polepszenia stanu zdrowia społeczeństwa m.in. przez:
- wsparcie lekarzy w diagnostyce chorób układu krążenia,
- projektowanie protez (np. zastawek), stentów, procedur medycznych, jak również dobór odpowiedniej protezy dla pacjenta
- wykrywanie stref układu krwionośnego podatnych na choroby,
- poszerzenie stanu wiedzy na temat rozwoju chorób, np. tętniaków, akumulacji blaszki miażdżycowej
- przewidywanie stanu układu krwionośnego w konkretnych warunkach,
i wiele innych.
Nowoczesne metody obliczeniowe pozwalają na modelowanie zmiennych w czasie procesów zachodzących w ludzkim ciele, z uwzględnieniem wielofazowego i nie-Newtonowskiego charakteru płynu (krwi), anizotropowych i hiperelastycznych właściwości aorty i tkanek, wielowarstwowej struktury ciała stałego, transportu masy i reakcji chemicznych.
Opracowane przy użyciu analiz wielowariantowych modele obliczeniowe, posłużą do sporządzenia modeli zredukowanych i modeli sztucznej inteligencji, które pozwolą na znacznie szybsze uzyskanie odpowiedzi na dane wejściowe, co z kolei zwiększy aplikacyjność badań w zastosowaniach medycznych. Dane wejściowe do analiz pochodzą z badań medycznych. Zdobyta wiedza pozwoli na zrozumienie procesów zachodzących w ciele ludzkim, wsparcie diagnostyki oraz określanie zagrożeń stanu zdrowia (np. wysokie naprężenia ścinające, rozpad czerwonych krwinek, powstawanie tętniaków, hemoliza).
- wsparcie lekarzy w diagnostyce chorób układu krążenia,
- projektowanie protez (np. zastawek), stentów, procedur medycznych, jak również dobór odpowiedniej protezy dla pacjenta
- wykrywanie stref układu krwionośnego podatnych na choroby,
- poszerzenie stanu wiedzy na temat rozwoju chorób, np. tętniaków, akumulacji blaszki miażdżycowej
- przewidywanie stanu układu krwionośnego w konkretnych warunkach,
i wiele innych.
Nowoczesne metody obliczeniowe pozwalają na modelowanie zmiennych w czasie procesów zachodzących w ludzkim ciele, z uwzględnieniem wielofazowego i nie-Newtonowskiego charakteru płynu (krwi), anizotropowych i hiperelastycznych właściwości aorty i tkanek, wielowarstwowej struktury ciała stałego, transportu masy i reakcji chemicznych.
Opracowane przy użyciu analiz wielowariantowych modele obliczeniowe, posłużą do sporządzenia modeli zredukowanych i modeli sztucznej inteligencji, które pozwolą na znacznie szybsze uzyskanie odpowiedzi na dane wejściowe, co z kolei zwiększy aplikacyjność badań w zastosowaniach medycznych. Dane wejściowe do analiz pochodzą z badań medycznych. Zdobyta wiedza pozwoli na zrozumienie procesów zachodzących w ciele ludzkim, wsparcie diagnostyki oraz określanie zagrożeń stanu zdrowia (np. wysokie naprężenia ścinające, rozpad czerwonych krwinek, powstawanie tętniaków, hemoliza).
Publikacje
- Marcin Lucjan Nowak, Eduardo Divo, Tomasz Borkowski, Marek Rojczyk, Ryszard Białecki, Application of the fluid structure interaction model for mechanical valves combined with experimental procedure, International Journal of Mechanical Sciences w recenzji, (2024) w recenzji
- Marcin Lucjan Nowak, Eduardo Divo, Fluid-structure interaction study on the effect of the aortic stiffening and the rigid wall assumption on the human valve and coronary hemodynamics, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 1, (2024) w trakcie poprawek
- Marcin Nowak, Eduardo Divo, Tomasz Borkowski, Ewelina Marciniak, Marek Rojczyk, Ryszard Białecki, Flow through a prosthetic mechanical aortic valve: Numerical model and experimental study, Computers & Mathematics with Applications 175, (2024) 184-201
- Marcin Nowak, On the effect of aortic thickening and rigid wall assumption on the human valve and coronary hemodynamics: FSI study, International Journal of Engineering Science N/D, (2024) N/D
- Marcin Nowak, Ewelina Marciniak, Agata Płoska, Krzysztof Wilde, Leszek Kalinowski, Magdalena Rucka, A novel protocol for determination of the arterial stiffness indicators demonstrated on the samples of murine arteries varied in age, Biocybernetics and Biomedical Engineering N/D, (2024) N/D