Modelowanie i optymalizacja implantów na podstawie danych eksperymentalnych z cyfrowej korelacji obrazu
Identyfikator grantu: PT01130
Kierownik projektu: Izabela Lubowiecka
Realizatorzy:
- Katarzyna Szepietowska
- Szymon Kalinowski
- Mateusz Troka
Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Gdańsk
Data otwarcia: 2024-03-01
Planowana data zakończenia grantu: 2027-03-01
Streszczenie projektu
Celem planowanych badań jest optymalizacja implantów syntetycznych stosowanych w operacjach przepuklin brzusznych. Do uzyskania celu badawczego konieczny jest poprawny i dokładny model przedniej ściany brzucha człowieka oraz modele implantów.
Wstępna modele brzucha człowiek powinny być walidowane na podstawie danych pomiarowych, najlepiej uzyskanych podczas obciążania ściany brzucha człowieka in vivo przy wzrastającym ciśnieniu wewnątrzbrzusznym. Pomiary będą odbywać się z udziałem pacjentów poddawanych standardowym procedurom medycznym we współpracy z Gdańskim Uniwersytetem Medycznym oraz z udziałem zdrowych ochotników. Do pomiar wykorzystany zostanie system do cyfrowej korelacji obrazu (DIC).
Dane pomiarowe poddane zostaną obróbce i wykorzystane do modelowania a następnie także do walidacji proponowanych modeli brzucha i implantów.
W modelowaniu uwzględnione zostaną indywidualne cechy danej osoby, jak również naturalna różnorodność tkanek biologicznych (podejście probabilistyczne). Odpowiednia szybkość procesu obliczeniowego będzie osiągnięta m.in. poprzez zastosowanie algorytmów uczących się (sieci neuronowych, algorytmy genetyczne w optymalizacji) lub odpowiednich modeli matematycznych, tzw. meta-modeli.
W projekcie na podstawie uzyskanych wyników zostaną opracowane projekty umożliwiające wykonanie prototypów zoptymalizowanych implantów.
Wstępna modele brzucha człowiek powinny być walidowane na podstawie danych pomiarowych, najlepiej uzyskanych podczas obciążania ściany brzucha człowieka in vivo przy wzrastającym ciśnieniu wewnątrzbrzusznym. Pomiary będą odbywać się z udziałem pacjentów poddawanych standardowym procedurom medycznym we współpracy z Gdańskim Uniwersytetem Medycznym oraz z udziałem zdrowych ochotników. Do pomiar wykorzystany zostanie system do cyfrowej korelacji obrazu (DIC).
Dane pomiarowe poddane zostaną obróbce i wykorzystane do modelowania a następnie także do walidacji proponowanych modeli brzucha i implantów.
W modelowaniu uwzględnione zostaną indywidualne cechy danej osoby, jak również naturalna różnorodność tkanek biologicznych (podejście probabilistyczne). Odpowiednia szybkość procesu obliczeniowego będzie osiągnięta m.in. poprzez zastosowanie algorytmów uczących się (sieci neuronowych, algorytmy genetyczne w optymalizacji) lub odpowiednich modeli matematycznych, tzw. meta-modeli.
W projekcie na podstawie uzyskanych wyników zostaną opracowane projekty umożliwiające wykonanie prototypów zoptymalizowanych implantów.
Publikacje
- Troka M., Wojnicz W., Szepietowska K., Lubowiecka , Unsupervised Learning for Biomechanical Data Using Self-Organising Maps, Innovations in Biomedical Engineering 2023 ., (2024) 233-240
- Troka M. , Szepietowska K. , Lubowiecka I., Self-organising maps in the analysis of strains of human abdominal wall to identify areas of similar mechanical behaviour, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 156, (2024) 163053
- Kalinowski S. , Szepietowska K. , Florentin E. , Lubowiecka I., Optimisation of thickness of surgical implant used in abdominal hernia repair, Acta of Biomechanics and Bioengineering 25, suppl. 1, (2024) 74-75
- Kalinowski S. , Szepietowska K. , Florentin E. , Lubowiecka I., Topological optimisation of simplified hernia implant with particle swarm method, 30th French-Polish Seminar of Mechanics/ 30-31 May 2024, Perpignan, France 30, (2024) 1
- Lubowiecka I. , Troka M. , Szepietowska K., On some mechanical aspects of abdominal hernia repair, 30th French-Polish Seminar of Mechanics/ 30-31 Sep 2024 Perpignan, France ., (2024) 1
- Lubowiecka I. , Szepietowska K. , Troka M, Optimisation aspects in computational modelling of operated ventral hernia in the context of its mechanical compatibbility with a human abdominal wall, !st International and 7th National Conference on Multidisciplinary Design, Analysis, and Optimization, 16-18 Dec. 2024, Bengaluru, India ., (2024) 29