Biomechanika
Prowadzone prace mają na celu ułatwienie planowania zabiegów, przewidywanie ich skutków oraz wspomaganie diagnostyki medycznej. Prace realizowane są we współpracy z czołowymi ośrodkami i firmami medycznymi z otoczenia społeczno-gospodarczego.
Modelowanie przepływu biociepła i termoregulacji. Wykorzystywane jest zarówno klasyczne równanie przepływu ciepła w tkankach (równanie Pennes’a) jak i nowe niefourierowskie modele (równanie Cattaneo-Vernotte'a, równanie z dwoma czasami opóźnień). Opracowano algorytmy i programy komputerowe do numerycznego rozwiązywania i symulacji procesów biologicznych. Modelowane są procesy lokalnych niekontrolowanych i kontrolowanych oddziaływań niskich i wysokich temperatur na tkanki biologiczne (oparzenia, zamrażanie tkanek (kriochirurgia), oddziaływanie lasera na tkanki, krioprezerwacja, wraz z określeniem stopnia destrukcji tkanek), jak i procesy wymiany ciepła i aktywnej termoregulacji w ciele człowieka (m.in. terapia hipotermiczna, chłodzenie mózgu noworodków).
Rozpatruje się również zagadnienia identyfikacji wielkości i położenia nowotworu na podstawie znajomości temperatury na powierzchni tkanki skórnej oraz problemy niszczenia zmian nowotworowych za pomocą pola elektromagnetycznego. Rozwijane są także modele uwzględniające obecność dużych, termicznie istotnych naczyń krwionośnych.
Dysponujemy systemami pomiarowymi umożliwiającymi rejestrację parametrów fizjologicznych (m. in. ergospirometr, pomiary temperatury głębokiej oraz skóry, pomiary termowizyjne), które wykorzystywane są w diagnostyce medycznej oraz do walidacji opracowanych modeli.
Biomechanika i mechanika płynów (hemodynamika) układu krążenia. Tworzone są modele laboratoryjne (fantomy) oraz numeryczne przepływu krwi w elastycznych naczyniach krwionośnych. Stosowane jest zarówno klasyczne podejście modelowania krwi jako ciągłego ośrodka o właściwościach nienewtonowskich jak i nowatorskie podejście w modelowaniu krwi jako ośrodka wielofazowego (ciągłe osocze ze stałymi elementami morfotycznymi krwi).
Opracowywane są metody nie- lub małoinwazyjnej diagnostyki układu krążenia w kierunku zesztywnienia naczyń krwionośnych oraz oceny pracy zastawek (oraz ich protez mechanicznych).
Posiadane autorskie stanowiska laboratoryjne umożliwiają ocenę parametrów hemodynamicznych oraz walidację opracowywanych modeli i metod diagnostycznych.
Biomechanika układu kostnego (kręgosłup, głowa, klatka piersiowa, kończyny górna i dolna). Projekty w obszarze biomechaniki kręgosłupa realizowane są zarówno w aspekcie oceny cech wytrzymałościowych struktur tkanek, oceny jakości systemów stabilizacji w leczeniu chirurgicznym, jak również ergonomii i ryzyka urazów. Dysponujemy oprogramowaniem do tworzenia modeli statycznych jak i dynamicznych. Dysponujemy aparaturą umożliwiającą ocenę kinematyki ruchów oraz ocenę posturograficzną.
Analizy urazów głowy (bezpieczeństwo w urazach komunikacyjnych oraz transporterach opancerzonych w czasie wybuchu) ukierunkowane były głównie na aspekty bezpieczeństwa, które przeprowadzano z wykorzystaniem profesjonalnych programów (MADYMO, LS-Dyna, ANSYS) i autorskich modeli. Symulacje komputerowe modeli głowy stosowane były także przy planowaniu operacji neurochirurgicznych, zwłaszcza dotyczących korekcji kształtu głowy u dzieci. Dodatkowo modele numeryczne głowy mogą służyć również do oceny konstrukcji hełmów i kasków pod kątem bezpieczeństwa i czynników wpływających na urazy głowy.
W pracach związanych z biomechaniką kończyn człowieka wykonujemy badania związane z pomiarami kinematyki i dynamiki ruchu kończyny górnej (z wykorzystaniem nowoczesnych systemów do analizy ruchu, m.in. systemów optycznych oraz inercyjnych). Prowadzone są badania zdolności siłowych kończyn, zarówno w warunkach izometrycznych, jak i izokinetycznych oraz z wykorzystaniem dynamometru. W ramach projektów naukowych realizowane są badania pacjentów z niedoborem ruchowym kończyn górnych we współpracy z ośrodkami medycznymi oraz badania sportowców różnych dyscyplin, m.in. siatkówka, pływanie. Badania modelowe pozwalają na ocenę obciążeń układu mięśniowo-szkieletowego kończyn. Dysponujemy nowoczesną aparaturą pozwalającą na kompleksową ocenę kinematyki ruchu, zdolności siłowych kończyn górnych oraz ocenę potencjałów czynnościowych mięśni. Posiadamy również komercyjne, specjalistyczne oprogramowanie do prowadzenia symulacji obciążeń układu mięśniowo-szkieletowego.
Posiadana infrastruktura laboratoryjna do badań na preparatach sekcyjnych jest wyposażona w specjalnie przygotowane adaptery do mocowania próbek w maszynach wytrzymałościowych.
Biomechanika chodu. Prowadzone są badania eksperymentalne i modelowe obejmujące analizę chodu dzieci i dorosłych. Ilościowe badania biomechaniki chodu wspomagają diagnostykę medyczną, ocenę osiągniętych wyników prowadzonych zabiegów chirurgicznych, leczniczych i rehabilitacyjnych. W pracach opieramy się na algorytmach matematycznych wskaźników dostępnych w literaturze naukowej oraz opracowanych przez nas nowych wskaźników chodu pozwalających na ocenę funkcji lokomocyjnych za pomocą pojedynczej wartości liczbowej.
Wykorzystywane w badaniach modele matematyczne pozwalają na ocenę sił reakcji w stawach i identyfikację sił mięśniowych podczas chodu.
Dysponujemy wieloma, wysokiej klasy systemami pozwalającymi na pomiar kinematyki i dynamiki chodu (optyczny, inercyjny, ultradźwiękowy), dynamiki ruchu (bieżnia pomiarowa, platformy dynamometryczne i dynamograficzne) oraz możliwością pomiarów potencjałów czynnościowych mięśni (EMG). Posiadamy komercyjne oprogramowanie do symulacji i analizy obciążeń układu szkieletowo-mięśniowego człowieka.
Personalizowane implanty. Prowadzone są badania eksperymentalne, symulacja i modelowanie numeryczne związane ze stentami oraz implantami układu kostnego (m.in. personalizowane implanty dla chirurgii szczękowo-twarzowej). Modele struktur anatomicznych wytwarzane są z użyciem technologii druku 3D. Opracowano również metodę komputerowego wspomagania diagnozowania osteoporozy.
