Projekty badawcze

Metody analizy i przetwarzania obrazów w zastosowaniu do wyznaczania kąta nachylenia mikrotubul

Dyscyplina naukowa: Inżynieria biomedyczna  
Status: Finished  
Kierownik projektu: Zygmunt Wróbel Wykonawcy: Robert Koprowski
Data rozpoczęcia: 2006-11-01 Data zakończenia: 2007-11-01
Opis:
Celem projektu jest opracowanie komputerowej metody analizy orientacji mikrotubul w oparciu o cyfrowe przetwarzanie obrazu. Analiza ta będzie obejmować:
  • opracowanie algorytmu do w pełni automatycznej analizy kąta nachylenia i orientacji mikrotubul,
  • opracowanie algorytmu pozwalającego określić liczbowo kąty nachylania poszczególnych mikrotubul oraz wzajemnej orientacji przestrzennej mikrotubul,
  • ocena własności metrologicznych opracowanego algorytmu,
  • opracowanie algorytmu komputerowej analizy mikrotubul w programie Matlab oraz w wersji dla systemu operacyjnego Windows.

Opracowanie przestrzennego modelu gęstości tkanki kostnej umożliwiającego komputerową analizę własności mechanicznych kości

Dyscyplina naukowa: Inżynieria biomedyczna  
Status: Finished  
Kierownik projektu: Zygmunt Wróbel Wykonawcy: Marcin Binkowski
Data rozpoczęcia: 2007-11-01 Data zakończenia: 2008-11-28
Opis:
Jednym z podstawowych działań wchodzących w skład inżynierii biomedycznej jest zastosowanie symulacji komputerowej do rozwiązywania problemów w medycynie i biologii. Dziedzina to rozwija się bardzo dynamicznie głównie ze względu na szybkie tempo rozwoju techniki komputerowej. Jeszcze kilka lat temu obliczenia modeli numerycznych mogły odbywać się tylko w wyspecjalizowanych do tego celu centrach obliczeniowych. Dziś obliczane wcześniej symulacje mogą zostać przeprowadzone w ciągu godziny na przeciętnym domowym komputerze klasy PC. Tak szybki rozwój nauk komputerowych pozwala na budowę bardzo skomplikowanych modeli, które są obliczane z wykorzystaniem wielu zaawansowanych metod numerycznych. Ma to swój wpływ na akcelerację także innych dziedzin nauki korzystających z metod obliczeniowych.
Podstawą symulacji jest właściwie skonstruowany model. W przypadku tkanki kostnej symulacja z zastosowaniem znanej metody elementów skończonych jest bardzo popularnym podejściem. Jednak właściwe skonstruowanie modelu tkanki kostnej jest przedmiotem badań wielu ośrodków. Opracowano wiele metod tworzenia modelu i definiowania jego własności.
Głównym celem projektu jest połączenie w jednym działaniu wiedzy z zakresu inżynierii biomedycznej oraz informatyki w celu opracowania oprogramowania pozwalającego na wspomaganie konstruowania numerycznego modelu tkanki kotnej. Model ten pozwoli na przeprowadzanie symulacji z uwzględnieniem przestrzennego rozkładu gęstości tkanki kostnej. W ten sposób możliwa będzie kompleksowa analiza własności modelowanej tkanki kostnej z uwzględnieniem jej parametrów densytometrycznych oraz mechanicznych.
Na podstawie modelu tkanki kostnej, (który projekt pozwoli konstruować) możliwa będzie realizacja projektów badawczych pozwalających poszukiwać nowych rozwiązań związanych z chorobami naszej cywilizacji. Wykonane dzięki projektowi badania inżynierskie będą stanowić wsparcie dla badań klinicznych związanych z lepsza diagnostyką (monitorowaniem leczenia) chorób tkanki kostnej np. osteoporozy, osteoartrozy, oraz nowotworów tkanki kostnej. W przypadku pozytywnych wyników, które można w tej chwili z dużą pewnością przewidzieć, możliwe będzie unowocześnienie oprogramowania systemów tomograficznych.

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

Dyscyplina naukowa: Inżynieria biomedyczna  
Status: W trakcie  
Kierownik projektu: Marcin Binkowski Wykonawcy: Antoni John, Zygmunt Wróbel
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.

Analiza obrazów tomograficznych oka

Dyscyplina naukowa: Inżynieria biomedyczna  
Kierownik projektu: Robert Koprowski  
Finansowanie: Projekt badawczy MNiSW nr N N518 42703670.000,- PLN    
       
Opis:
Tomografia optyczna jest nowoczesną, nieinwazyjną techniką obrazowania przekroju tkanki w tym przypadku siatkówki oka, w której wykorzystuje się światło rozproszone na poszczególnych warstwach badanej tkanki. Tomografia spektralna w porównaniu ze dotychczasowymi rozwiązaniami (np. tomografią czasową) posiada znacznie wyższą rozdzielczość. Eliminacja ruchomego zwierciadła, niezbędnego do skanowania w głąb badanego obiektu pozwala również na zmniejszenie czasu badania (skanowania obiektu) o ok. sto razy. Krótki czas wykonania skanu oraz jego sekwencyjność i zachowanie stałego przesunięcia pozwala na uzyskiwanie obrazów trójwymiarowych.
Celem projektu jest stworzenie oprogramowania które powinno umożliwiać w sposób w pełni automatyczny analizę poszczególnych frakcji widocznych na obrazach dwuwymiarowych a tym samym jego rekonstrukcję 3D. Kluczowym zatem staje się w tym przypadku algorytm wykorzystujący znane jak też nowe (opracowane w ramach niniejszego projektu) techniki przetwarzania obrazów umożliwiające w pełni automatyczne wydzielenie obszarów charakterystycznych na obrazach tomograficznych oka.
Wymiernym efektem projektu będzie nie tylko stworzenie wspomnianego algorytmu ale tez opracowanie monografii “Automatyczne metody analizy tomograficznych obrazów oka”.

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