Запослени у оквиру центра
Центар за нумеричко моделирање и биомеханику се бави развојем и применом напредног рачунарског, математичког и вишескалног моделирања у биомедицини и биомеханици, са циљем разумевања, анализе и предикције сложених биолошких процеса у здрављу и болести, као и применом адитивног инжењерства у биомедицини (3Д штампе и 3Д скенирања).
- Вишескалнe симулацијe биолошких система, које повезују молекуларне, ћелијске, ткивне и органске нивое, уз анализу њихове међусобне интеракције и утицаја на функцију целог организма.
- Рачунарска биомеханика и биофизика, укључујући моделирање ћелија, ткива, органа и њиховог одговора на механичке, хемијске и фармаколошке стимулусе.
- Нумеричко моделирањe физиолошких и патолошких процеса, као што су ћелијска поларизација, мишићна контракција, срчани циклус, вестибуларна функција и циркулација туморских ћелија.
- Развој и применa напредних нумеричких метода, посебно методе коначних елемената, smeared и композитних приступа, као и метода флуид–солид интеракције, за симулацију транспорта масе, протока лекова и биомеханичких феномена у сложеним биолошким системима.
- Рачунарско испитивање ефеката лекова и терапија, кроз in-silico анализу деловања фармаколошких агенаса на срчани и мишићни систем, као и оптимизацију терапијских стратегија код кардиомиопатија и других обољења.
- Моделирање процеса у онкологији, укључујући транзицију здравих ћелија у канцерогене, поремећаје ћелијске поларизације, транспорт лекова у туморима и биомеханичке услове заустављања циркулишућих туморских ћелија у капиларима.
Најчешће коришћене нумеричке методе укључују метод коначних елемената, метод коначних разлика, Lattice Boltzmann методу, Monte Carlo симулације, CAD/CAE, физички информисане неуронске мреже и друге.
Симулација бубрежних епителних ћелија (њихова функција и улога у формирању тубуле), анализирајући процес поларизације који потиче од интеракције међу интегринима и комплекса поларитета. Транзиција ћелија из здравих у канцерогене резултује нарушеном поларизацијом. Манипулација процесом поларизације даје могућност реверзибилног деловања на канцерогене ћелије.
Више детаља
Комплексни спрегнути математички модел је коришћен за симулацију процеса унутар људског вестибуларног система током померања главе - кретање ендолимфе, деформација купула и кретање уроњених честица отокона. Развијени софтвер разматра све ове ентитете посебно, али и њихову међусобну интеракцију на микро нивоу и анализира максималну деформацију купула током времена, што представља параметар који је повезан са реакцијом нервног система на вишој скали на ектерне стимулације на макро нивоу.
Више детаља
Вишескалне симулације мишићне контракције које користе сложене моделе мишића на микронивоу веома су рачунски захтевне и често непрактичне за примену. У циљу смањења тих захтева, конструисали смо сурогат модел који имитира оригинални Хакслијев модел мишића, али захтева знатно мање рачунарског времена и меморије, чиме омогућава ефикасну употребу у вишескалним симулацијама срчаног циклуса.
Више детаља
Развијамо и примењујемо компјутерско моделирање за откривање механизама деловања лекова на болести срца и скелетних мишића. Као пример, анализирали смо ефекте лека Мавакамтен, који стабилизује миозин у неактивном стању, али омогућава његову активацију у физиолошким условима, чиме се очувају механизми срчане резерве. Такође, спровели смо симулације ефикасности лекова попут Мавакамтена, дизопирамидa, дигоксина и dATP-а на функцију леве коморе код пацијената са кардиомиопатијом користећи вишескалне моделе. Наша решења омогућавају прецизно моделирање и процену утицаја лекова на здравље пацијената
Више детаља
Примена композитног дистрибуираног коначног елемента (Composite Smeared Finite Element- CSFE) и дистрибуираног (smeared) моделирања у поступку креирања рачунских модела (применом методе коначних елемената) и задавања граничних услова (уз коришћење мерљивих материјалних и геометријских параметара) за израду симулација и приказ поља различитих физичких величина, у оквиру транспорта масе и протока лекова унутар сложених биолошких система (органа) и тумора унутар њих.
Више детаља
Проучавање биомеханичких услова заустављања циркулишућих тумор ћелија (енгл. Circulating Tumor Cells) унутар капилара, развијањем прилагођене рачунарске платформе у оквиру ПАК софтвера, применом солид-флуид интеракције. Основни циљ је процена граничних услова за пролаз CTC кроз сужења у капиларима истраживањем односа између градијената притиска/ брзине флуида и величине CTC, њихове крутости, као и величине тромбоцита, утицај њиховог броја, крутости лиганд-рецептор веза на путању циркулишућих тумор ћелија, аксијални положај и заустављање и качење на зидовима капилара.
Више детаља
Услуге 3D штампе
Центар пружа услуге полупрофесионалне и професионалне 3D штампе, прилагођене широком спектру материјала — од хоби до инжењерских полимера. Посебан фокус је на примени и истраживању биокомпатибилних материјала за развој медицинских имплантата и биомедицинских прототипова. Анатомски модели — прецизна израда делова костију на основу DICOM (CT) снимака за планирање операција, едукацију и демонстрацију. Персонализовани хируршки водичи — индивидуално прилагођени алати за већу прецизност и сигурност хируршких захвата. Биокомпатибилни имплантати и помагала — штампа компоненти од материјала као што је PEEK за привремену или трајну употребу. Модели за едукацију и тренинг — реалистичне реплике анатомских структура за обуку медицинског особља. Центар располаже Apium P220 (Additive Technologies GmbH) 3D штампачем, радне запремине 205 × 155 × 150 mm и резолуције штампе 0,0125–0,05 mm, заснованим на савременој FDM технологији. У зависности од примене, користе се материјали PEEK, PVDF, POM-C и 316L. Квалитет штампе додатно се унапређује употребом Apium F300 коморе за сушење материјала. Осим поменутих, Центар поседује и комерцијалне FDM и резинске штампаче.
Услуге 3D скенирања
Центар пружа услуге брзог и прецизног 3D скенирања за дигитализацију биолошких структура и објеката различите намене. Дигитализација пацијената — бесконтактно 3D скенирање тела или делова тела (лице, екстремитети) за планирање терапија, израду ортоза и друге медицинске примене. Скенирање анатомских модела и узорака — дигитализација биолошких узорака и модела за анализу, архивирање или 3D штампу. Реверзни инжењеринг — реконструкција делова костију или медицинских уређаја ради унапређења дизајна и израде заменских компоненти. Центар поседује Artec Eva ручни 3D скенер, заснован на технологији беле структурисане светлости, који омогућава безбедно, бесконтактно и брзо 3D скенирање људи и објеката. Скенер обезбеђује високу прецизност до 0,1 mm и 3D резолуцију до 0,5 mm, уз истовремено снимање текстуре у боји (1,3 MP), што га чини погодним за медицинске, истраживачке и индустријске примене. Захваљујући радној дистанци од 0,4 до 1 m, брзини скенирања од 16 fps и могућности рада без маркера, Artec Eva је идеалан за дигитализацију анатомских структура, биолошких узорака, културног наслеђа и сложених објеката. Добијени 3D модели компатибилни су са стандардним CAD и 3D штампа форматима, што омогућава даљу анализу, архивирање и производњу.Развој веб платформи за извршавање дуготрајних задатака
Искуство у креирању веб платформи које омогућавају поуздано извршавање дуготрајних и ресурсно захтевних задатака. У зависности од типа самих задатака, може бити омогућено праћење њихових извршавања, са приказивањем информација у самој веб апликацији или на неки дриги начин, нпр. слањем на имејл. Поред тога, уколико се укаже потреба, клијент ће увек имати могућност да прекине извршавање задатка који је покренуо. На који начин ће резултати задатака бити доступни клијенту, зависи од жеље самог клијента, а пре свега од њиховог типа и обима, као и од техничких могућности.Услуге лабораторије за биоинжењеринг
Тренутно у фази интензивног опремања и акредитације у складу са међународним стандардом ISO/IEC 17025 – „Општи захтеви за компетентност испитних и калибрационих лабораторија“. У фокусу процеса акредитације су испитне методе које се односе на механичку карактеризацију васкуларних стентова и срчаних залисака. У складу са важећим регулаторним и индустријским захтевима, лабораторија развија и уводи следеће испитне методе: ISO 25539 – Васкуларни и ендоваскуларни стентови и графтови ISO 5840 – Хируршки и транскатетерски имплантабилни срчани залисци ASTM F2079 – Спецификација за имплантабилне васкуларне стентове ASTM F2477 – Радијална заморна испитивања балон-експандирајућих стентова ASTM F88 / F88M – Тестирање љуштења и затезања спојева материјала ASTM F3036 – Водич за радијално оптерећење васкуларних стентова Опрема укључује високопрецизне уређаје као што су Bose ElectroForce 3300AT, Stent/Graft Tester (SGT), DuraPulse™ Heart Valve Test System (HVT), као и машину за мерење радијалне силе.
Циљ пројекта INTELHEART је да обједини експертизу из клиничке праксе са изузетношћу у рачунарском инжењерству, биомедицинском инжењерству, процени здравствених технологија и наукама о имплементацији, како би се развила и применила компјутеризована дигитална платформа заснована на методи коначних елемената и вештачкој интелигенцији за рано и прецизно дијагностиковање срчане инсуфицијенције (HF), намењена потребама примарне и секундарне здравствене заштите (tj. outpatient, inpatient, and emergency departments). Након прикупљања ретроспективних и проспективних података специфичних за пацијенте, добијених помоћу стандардних и нових уређаја — преносивог, пацијентима прилагођеног ECG-а којим се управља путем паметног телефона, као и AI-заснованог, smartphone-controlled VoiceHeart mobile app biomarker-а, који укључује мерења psychological resilience и emotional disturbance — подаци ће бити прослеђени различитим AI алатима ради machine learning-а и развоја virtual patient population.