OTKA K 116189


Címe: In vitro investigation of human tissues and definition of their mechanical material model (Humán anyagok in vitro vizsgálata és azon alapuló anyagmodellek definiálása)
Száma: 116189
Vezető kutató: Dr. Bojtár Imre, egyetemi tanár

A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára A biomechanikai kutatásokban egyre fontosabb kérdéssé vált a humán szövetek anyagmodelljeinek definiálása és kísérletekkel történő verifikálása. A verifikált anyagmodellek egyrészt a numerikus-, másrészt a humán mozgás kinematikai, kinetikai modellezések alapjai. Így a különböző elváltozások, betegségek és operációk hatását szimuláló programok bemenő adatai. A kutatás fő célja, hogy a humán szövetek kontinuum-mechanikai alapokon nyugvó, nem-lineáris viszkoelasztikus anyagmodelljeit, a humán szövetekre módosított szálköteg-cella modellt in vitro kísérletek eredményeivel verifikáljuk, a kapott eredményeket összehasonlítsuk, integráltan vizsgáljuk. A különböző humán anyagok (csontok, inak, izmok, idegek, szemlencse tok és környező szövetek) kvázi-statikus és ciklikus vizsgálataival célunk a különböző tárolási és sterilizációs módszerek hatásának vizsgálata. A humán anyagmodellek esetén is egyre fontosabb a viszkoelasztikus tulajdonságok ismerete, anyagmodellekbe történő beépítése. A humán anyagokra speciálisan kidolgozott mérési metodika fejlesztése után néhány szövet viszkoelasztikus tulajdonságai mellett optikai nyúlásmérővel a modell-paramétereket is meghatározzuk. A kísérleti eredmények lehetőséget teremtenek arra, hogy a különböző nem-lineáris viszkoelasztikus anyagmodelleket és textil- és kompozit anyagoknál használt szálköteg-modelleket a különböző humán szövetek statikus, dinamikus és viszkoelasztikus tulajdonságaival módosítsuk, pontosítsuk, majd verifikáljuk. A módosított és verifikált anyagmodellek alkalmasak a különböző szimulációs programokba történő integrálásra.

Mi a kutatás alapkérdése?
A kutatás fő célja, hogy a humán szövetek kontinuum-mechanikai alapokon nyugvó, nem-lineáris viszkoelasztikus anyagmodelljeit – a még a kompozitok modellezésében sem elterjedt– szálköteg-cella elméletre alapozott modellel összevessük. Az összehasonlítás in vitro kísérletek alapján történik. Ennek megfelelően a kutatás első célja, hogy humán szövetek (csontok, inak, izmok, idegek, szemlencse tok és környező szövetek) szilárdsági és alakváltozási tulajdonságait in vitro körülmények között mért erő-elmozdulás diagramokból meghatározzuk, vizsgáljuk a tárolás-sterilizáció hatását anyagjellemzőkre. A kvázi-statikus és ciklikus vizsgálatokból meghatározott jellemzők mellett egyre fontosabb az időtől függő jellemzők meghatározása. A kutatás második célja, a humán szövetek tartós terhelés hatására történő viselkedésének leírása, viszkoelasztikus tulajdonságok vizsgálata, melyhez új mérési metodika fejlesztése is szükséges. Az új - vélhetően nagy terhelési és/vagy változó terhelési szintű - kúszásvizsgálatok – optikai nyúlásmérő eszközök– mérési metodikája lehetőséget teremt a különböző típusú humán szövetek viszkoelasztikus tulajdonságainak, és modellparamétereinek meghatározására. A különböző anyagtulajdonságok numerikus ismerete és az anyagtörvények a különböző modellezési, szimulációs programok alkalmazását teszi lehetővé. A kutatást harmadik célja a kontinuum mechanikai alapokon nyugvó, nem-lineáris, viszkoelasztikus anyagmodellek és a kompozitok területén alkalmazott szálköteg-cella modellek humán szövetek jellegzetességeinek megfelelő átalakításával az anyagtörvények felírása, verifikálása, a két anyagmodell összevetése és integrálása.

Mi a kutatás jelentősége?
Jelen kutatás eredménye a humán szövetek kontinuum-mechanikai alapokon nyugvó, nem-lineáris viszkoelasztikus anyagmodelljén és a szálköteg-cella elméletre alapozott modellen alapuló anyagtörvényének definiálása, kísérleti verifikálása. A kutatás kitér a két anyagmodell összevetésére és integrálására is. A humán szövetek (csontok, inak, izmok, idegek, szemlencse tok és környező szövetek) nagyszámú mintán elvégzett kísérleti eredményein alapuló szilárdsági és alakváltozási tulajdonságainak összevetése lehetőséget teremt a különböző szövetek mechanikai jellemzőinek összehasonlítására, és a tárolás-sterilizáció befolyásoló hatásának elemzésére. Az eredmények alapján a különböző tárolási időtartamokhoz tartozó tárolási módok és szövettípusonként a legkisebb károsodást okozó sterilizációs technikák megadhatók, melyek a tudományos kísérletekhez szükséges humán anyagtárolásnál, de a transzplantációs sebészetben is jól alkalmazhatók. A humán szövetek modellezésekor is egyre fontosabb szerepet töltenek be a viszkoelasztikus tulajdonságok, melyeknek mérési módszere még nem kidolgozott, nem egységes. A kutatás eredményeképpen olyan –vélhetően nagy terhelési és/vagy változó terhelési szintű – kúszásvizsgálatok mérési metodikája kerül kidolgozásra,amellyel a különböző típusú humán szövetek viszkoelasztikus tulajdonságai, és modellparaméterei meghatározhatók. Az elvégzett kúszásvizsgálatok eredményei kvázistatikus és dinamikus terheléssel meghatározott szilárdsági jellemzőket tartalmazó adatbankot kiegészítik a viszkoelasztikus jellemzőkkel. A hagyományosnak tekinthető a kontinuum mechanikai alapokon nyugvó, nem-lineáris, viszkoelasztikus anyagmodellek mellett a kompozitok területén alkalmazott szálköteg-cella modelleket is felhasználjuk a humán szövetek anyagtörvények felírására. A különböző szöveteken kísérletekkel verifikált, két eltérő kiindulási feltételekkel rendelkező anyagtörvény integrálásával a humán anyagok mechanikai modellje pontosítható, értelmezési tartománya szélesíthető. Az anyagtörvények a különböző elváltozások, hatások, betegségek, műtetek hatásának elemzésére használt véges elemes, szimulációs programok kiinduló pontjai.

Munkatársak


Dr. Kiss Rita
MTA doktora, okleveles építőmérnök
igazgató
Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

Dr. Borbás Lajos
PhD, okleveles közlekedésmérnök
elnök
Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

Dr. Szebényi Gábor
PhD, okleveles gépészmérnök
mechanikai vizsgálatok felelőse
Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
© 2018 Minden jog fenntartva. Frissítve: 2018.05.28.