TEMATY PRAC MAGISTERSKICH

Transkrypt

1 Projekt Przygotowanie i realizacja kierunku inżynieria biomedyczna studia międzywydziałowe współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego. Nr umowy UDA POKL /08 Fizyka medyczna TEMATY PRAC MAGISTERSKICH w roku akademickim 2018/2019

2 Udowodnienie możliwości zaprojektowania protezy kości długiej człowieka w technice LatticeMaterial Proof of design possibility of a human long bone prosthesis using LatticeMaterial concept dr inż. Marek Augustyniak dr inż. Zbigniew Usarek Praca ma stanowić kontynuację dotychczasowych prac badawczych, w których udało się zidentyfikować struktury typu "LatticeMaterial" o parametrach mechanicznych akceptowalnie zbliżonych do tkanki kostnej zbitej; obecnie wyzwaniem jest wprowadzenie rozróżnienia na tkankę kostną zbitą oraz gąbczastą, a także zamodelowanie całej kości (np. udowej) lub przynajmniej jej znacznego wycinka. Opcjonalnym celem jest wykonanie wydruku 3D wybranej struktury. 1. Przegląd literatury 2. Odtworzenie poprzednich wyników (patrz prace źródłowe 1. oraz 2.), z wykorzystaniem oprogramowania HyperWorks lub równoważnego 3. Wykonanie modelu numerycznego zawierającego obrys wybranej kości, wraz ze zgrubnym podziałem na obszary o różnej morfologii 4. Wypełnienie ww. modelu strukturą LatticeMaterial 5. Wykonanie numerycznych prób wytrzymałościowych utworzonej struktury i ocena realizmu modelu 6. (opcja) Wykonanie wydruku fragmentu kości Źródła 1. P.Borzyszkowski, M.Augustyniak, W.Wojnicz, Definition and numerical validation of mechanically biocompatible LatticeMaterial bone implants for elimination of stressshielding phenomenon (praca w recenzjach) 2. M.Augustyniak, "Lattice Materials - old materials - new possibilities" - Journal of Theoretical and Applied Mechanics 56, 1, pp , Literatura dot. anatomii człowieka, zwł. układu kostnego 4. Literatura dot. struktur typu LatticeMaterial 5. Instrukcja obsługi oprogramowania HyperWorks Praca wpisuje się w szerszy, aktualny obszar inżynierii tkankowej.

3 Numeryczne modelowanie przepływu ciepła w tkance zawierającej implant Numerical modelling of heat transfer in tissue with an implant dr inż. Sebastian Bielski Modelowanie temperatury tkanki zawierającej implant, poddawanej różnym bodźcom cieplnym. Opracowanie teorii: równanie Pennesa, opis przepływu ciepła w tkance; implanty w medycynie Ilustracja numeryczna: wybór konkretnego modelu (tkanka+implant) oraz napisanie i przetestowanie programu rozwiązującego numerycznie równanie Pennesa dla tego modelu Źródła 1. S. Chen et al., Neuromodulation, 16(5) (2013), P. D. Wolf Thermal Considerations for the Design of an Implanted Cortical Brain Machine Interface (BMI) 3. F. Xu, T. J. Lu, K. A. Seffen, Acta Mech. Sin. 24 (2008) 24, 1; 4. Ł. Turchan Analiza numeryczna sztucznej hipertermii z wykorzystaniem różnych modeli przepływu biociepła. Praca doktorska, Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Gliwice Praca dla osoby o ugruntowanej wiedzy z matematyki i fizyki; programowanie w C++ lub MATLAB

4 Badanie jonizacji i fragmentacji biomolekuł w oddziaływaniu z elektronami Ionization and fragmentation processes in biomolecules by electron impact dr inż Marcin Dampc Zbadanie procesów uszkadzania biomolekuł przez niskoenergetyczne elektrony w eksperymencie zderzeniowym. Powstające jony i zjonizowane fragmenty będą wykrywane i analizowane przy użyciu kwadrupolowego selektora mas. Kalibracja spektrometru masowego Wyznaczenie progów jonizacji i pojawienia się fragmentów wybranej biomolekuły Wyznaczenie zależności przekroju czynnego na pojawienie się fragmentów w zakresie energii od progu jonizacji do 150 ev. Wyznaczenie absolutnego przekroju na jonizacje Źródła Zbigniew Kęcki Podstawy spektroskopii molekularnej PWN H. Haken, H.C. Wolf Fuzyka molekularna z elementami chemii kwantowej PWN Liczba wykonawców 2

5 Modelowanie farmakokinetyczne w terapii fotodynamicznej Pharmacokinetic modeling in photodynamic therapy dr. hab. Jan Franz, prof. nadzw. PG Źródła Porównanie modeli farmakokinetycznych stosowanych w terapii fotodynamicznej w leczeniu nowotworów. 1. Analiza wybranych modeli farmakokinetycznych i reakcji chemicznych. 2. Badania wpływu różnych parametrów (stężenie, czas itp.) na przebieg procesu terapii fotodynamicznej. 3. Wizualizacja wyników badań. 4. Optymalizacja parametrów. 5. Napisanie pracy magisterskiej. Informacje na temat terapii fotodynamicznej: Narodowy Instytut Raka Wikipedia: Artykuł przeglądowy na temat farmakokinetyki: rozdział 11 w książce G. L. Patrick, An introduction to medicinal chemistry, (Oxford University Press, 2017) Przykład modelu farmakokinetycznego stosowanego w terapii fotodynamicznej został opisany w publikacji: A. Holder and D. Llagostera, Optimal treatments for photodynamic therapy, 4OR A Quarterly Journal of Operations Research, June 2008, Volume 6, Issue 2, pp Adres dostępu: dx.doi.org/ /s Praca może zostać napisana w języku polskim bądź angielskim. Znajomość języka angielskiego będzie pomocna w czytaniu literatury. Wykonanie obliczeń wymaga znajomości metod matematyki numerycznej oraz umiejętności korzystania z oprogramowania matematycznego, takiego jak Mathematica, Matlab lub Octave.

6 Symulacja Monte-Carlo ścieżek pozytonów w cieczach Monte-Carlo simulation of positron tracks in liquids dr hab. Jan Franz, prof. nadzw. PG Celem pracy jest zbadanie ścieżek pozytonów w cieczach za pomocą symulacji Monte-Carlo. Tematyka badawcza jest istotna z uwagi na zastosowanie izotopów ß + w pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). Wszystkie symulacje zostaną wykonane za pomocą pakietu oprogramowania Geant4. Źródła 1. Instalacja oprogramowania Geant4 (można to zrobić, instalując maszynę wirtualną). 2. Nabycie umiejętności wykonywania symulacji za pomocą oprogramowania Geant4 (przykłady symulacji, które umożliwia pakiet Geant4, można znaleźć na stronie domowej producenta oprogramowania). 3. Przeprowadzenie symulacji Monte-Carlo ścieżek pozytonów w cieczach. 4. Analiza i interpretacja wyników. 5. Napisanie pracy magisterskiej. Adres strony domowej producenta oprogramowania Geant4 (wraz z poradnikiem użytkownika): Użyteczne informacje dotyczące projektu Geant4DNA: Praca może zostać napisana w języku polskim bądź angielskim. Znajomość języka angielskiego będzie pomocna w czytaniu literatury. Korzystanie z oprogramowania Geant4 wymaga umiejętności programowania w C ++ i Linux.

7 Badanie trypletowych stanów wzbudzonych cząsteczki tetrahydrofuranu techniką zderzeniowej spektroskopii elektronowej Investigation of triplet excited states of a tetrahydrofuran molecule by electron collision spectroscopy dr inż. Ireneusz Linert Celem pracy jest pomiar wzbudzenia cząsteczki tetrahydrofuranu oraz identyfikacja jej elektronowych stanów wzbudzonych (zwłaszcza stanów trypletowych). Cząsteczka tetrahydrofuranu jest prototypem deoksyrybozy - składnika DNA. Wyniki pomiarów mogą zostać wykorzystane do modelowania procesów oddziaływania elektronów z cząsteczkami biologicznymi (np. wzbudzenia, dysocjacji czy fragmentacji). 1. Kalibracja spektrometru elektronowego. 2. Pomiar widm energii straconej dla kąta rozproszenia 180 o przy użyciu techniki lokalnego pola magnetycznego w zakresie energii wzbudzenia od 3-10 ev. 3. Opracowanie i analiza widm - identyfikacja stanów wzbudzonych badanej cząsteczki. Źródła 1. Podstawy spektroskopii molekularnej, Z. Kęcki

8 Źródła Badanie jakości sygnału EKG za pomocą metod sztucznej inteligencji Investigation of the qualityof the signal by means of the artificial intelligence methods dr inż. Marta Łabuda dr inż. Łukasz Czekaj Celem jest (i) porównanie algorytmów automatycznej analizy sygnału EKG w oparciu o bazy danych zawierające sygnał EKG zakłócony różnego rodzaju artefaktami, (ii) ilościowa ocena wpływu artefaktów na jakość algorytmów, (iii) modyfikacja algorytmów w celu uodpornienia ich na obecność artefaktów w przetwarzanym sygnale. Opracowanie w oparciu o metody sztucznej inteligencji. 1. Analiza stanu wiedzy, zapoznanie się z wynikami opisanymi w literaturze naukowej; 2. Przygotowanie środowiska do porównywania algorytmów, implementacja wybranych miar służących do oceny jakości algorytmów; 3. Odtworzenie wybranych wyników opisanych w literaturze (metody oparte o uczenie maszynowe), tj. uruchomienie i trenowanie algorytmów w oparciu o udostępniony kod oraz bazy danych PhysioNet QTDB oraz LU electrocardiographydatabase itp.; 4. Porównanie algorytmów 5. Analiza nieprawidłowości w sygnale EKG a) Finding morphology points of electrocardiographic signal waves using wavelet analysis ( - segmentacja ECG z użyciem falek i baza danych - QTDB b) LU electrocardiography database: a new openaccessvalidation tool for delineation algorithms ( c) ECG Segmentation by Neural Networks: Errors and Correction( d) Supervised ECG interval segmentation using LSTM neural network( 1_Supervised_ECG_Interval_Segmentation_Using_LSTM_ Neural_Network) Liczba wykonawców 2 Praca powiązana ze współpracą z firmą AIDLAB