Accions del document

Anant al moll de l'ós dels biomaterials

Les Dres. Dolors Ayala i Daniela Tost juntament amb el seu grup de recerca estudien els biomaterials per a la regeneració òssia. La comprensió de la morfologia òssia és una de les claus en aquests estudis. Coneixent com són els ossos i la seva osteoporosi els metges podrien arribar a generar la seva reconstrucció.

(English Version)

El grup de recerca d'informàtica a l'enginyeria cerca aplicacions en les representacions gràfiques

Les Doctores Dolors Ayala i Daniela Tost del grup de recerca GIE, juntament amb el seu grup de recerca integrat per investigadors com ara la Dra. Anna Puig i els estudiants de doctorat Sergi Grau, Eduard Verges i Pascual Abellán, es dediquen a al modelatge paramètric de volums, a l'avaluació quantitativa de les propietats d'alguns biomaterials, o a l'anàlisi de dades multimodals que varien amb el temps.

A l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility)

Grenoble captant les imatges d'unes mostres
Dres. Dolors i Daniela amb en Sergi Grau
i dos membres del ESRF.

L'equip d'investigació simula de forma computaritzada un laboratori biomèdic	Visualització de dades multimodals i que varien amb el temps
Cada cop estem més acostumats a veure com la informàtica arriba a diferents camps de la ciència i la societat. I no ens sorprèn quan veiem enginyers, com la Dra. Dolors Ayala, parlant de talls histològics de mostres biològiques. A diferència amb un laboratori biològic, a les sales del grup GIE no trobem portaobjectes ni un microscopi, si no que ens trobem amb un conjunt d'ordinadors. Gràcies a aquestes màquines de calcular, i a els algoritmes desenvolupats per aquest grup de recerca aconsegueixen estudiar la morfologia òssia i simular la feina d'instruments de laboratoris humits com ara, el porosímetre. Aquest equip de recerca estudia la representació de dades de volum i simulació d'operacions aplicant-la a la biomedicina (Bio-CAD). Si partim d'una mostra en tres dimensions, podem anar fent talls o llesques, com si estiguéssim preparant les mostres per a un microscopi, això sí de manera computaritzada. Per generar el model 3D de la mostra es poden utilitzar diferents tècniques de captació. La ressonància magnètica o la tomografia axial computaritzada (TAC) són dues de les metodologies utilitzades per construir atles d'anatomia. En aquesta geografia òssia volem fixar-nos en la propietat dels teixits de ser durs o tous, per a anar coneixent la morfologia del material. Un cop tenim el model 3D podrem navegar per dins, avaluar propietats estructurals, ...etc. Una propietat molt important del material ossi és el grau de porositat. Als laboratoris humits biomèdics trobem aparells reals que mesuren aquesta propietat, els porosímetres. Aquests instruments presenten forces inconvenients pràctics com la necessitat de manipulació d'elements tòxics com és el mercuri. El grup GIE ha desenvolupat un porosímetre virtual. El porosímetre virtual, tal i com ho faria un de real, simula la introducció de mercuri en la mostra i el posterior anàlisi dels diferents volums assolits amb diferents pressions d'introducció de mercuri. En aquesta simulació lògicament no es manipula mercuri real i no hi ha perill d'intoxicació. Quan s'estudia la porositat dels ossos o de biomaterials, els models que es desenvolupen permeten representar la part de matèria òssia (o de material) i la part de porosa. Normalment aquesta es representa amb un graf de cilindres o d'esferes, ja que a part de representar el volum dels porus és interessant conèixer la seva connectivitat. A part d'estudiar els ossos i els biomaterials també cal estudiar el comportament d'aquests un cop s'han implantat en uns ossos fracturats. Actualment s'estan duent a terme tests en animals reals, que s'avaluen amb mètodes d'histologia tradicional (in-vivo) i amb mètodes computaritzats (in-silice). La comparativa de les dues metodologies genera respostes, noves preguntes i nous reptes per la disciplina d'experimentació in-silice o BioCAD. Aquesta recerca biomèdica s'emmarca en dos projectes Cicyt coordinats, on l'equip d'investigació de les doctores Ayala i Tost treballen conjuntament amb un equip de recerca en biomaterials de la UPC i un equip de veterinària de la Universitat de Lugo.	Un dels reptes que sorgeix del coneixement acurat de la matèria òssia és l'anàlisi de l'osteoporosi. L'osteoporosi és una disminució en la densitat òssia i en la seva resistència mecànica que facilita les fractures dels ossos. És l'enfermetat òssia més comú en la població humana, i afecta en major mesura a les dones en l'edat de la menopausa. L'interès per aquesta malaltia és clar. L'equip de les doctores Ayala i Tost fan un gran aport amb el seu estudi morfològic de material ossi. Tot i així hem de pensar que quan estudiem una malaltia no en tenim prou en conèixer l'estat d'un òrgan o d'una part del cos en un instant determinat, ens cal saber l'evolució d'aquest estat. És per això que ser capaç de treballar amb dades que evolucionen amb el temps esdevé quelcom imprescindible en l'estudi de malalties com aquesta. Quan es treballa amb dades que canvien en funció del temps se'ns plantegen alguns problemes: En primer lloc, els nombre de dades es molt gran i això implica un alt cost de temps computacional. Els càlculs són lents. La "coherència temporal", suposa que les dades canvien de forma contínua, ajuda una mica a accelerar els càlculs. En segon lloc, cal plantejar-se seriosament com es presentaran aquestes dades. Normalment s'utilitzen animacions que ens fan un recorregut per les diferents propietats estudiades; tot i així a vegades és interessant que l'usuari pugui rebre tota la informació de cop. Així que aquest no és pas un tema trivial i cal tenir cura per poder satisfer les necessitats de l'usuari. Finalment, conèixer com evoluciona una part d'un determinat material ens pot donar una idea de què li està passant al conjunt. Amb aquesta informació sembla molt interessant pensar en un sistema capaç de col·locar, de forma automatitzada, adequadament les càmeres de captació per rebre la informació que sigui més rellevant en aquesta experiència concreta. Per tal de tenir èxit en aquest cas cal optimitzar la funció de transferència. La funció de transferència és un model matemàtic que dóna la resposta d'un sistema donada una senyal d'entrada. La resolució d'aquestes dues darreres problemàtiques són alguns dels temes centrals de la recerca d'aquest grup del departament de l'LSI. Aquestes tasques les realitzen amb ajuda d'investigadors de la Universitat de Barcelona. D'altra banda, aquestes tècniques de visualització de dades multimodals amb variacions temporals també són aplicables a moltes altres malalties com són els tumors, els trastorns cerebrals, ...etc.

GIE en altres projectes

Aquest és un dels camps d'investigació del grup de recerca GIE, però en d'altres butlletins anteriors han aparegut d'altres temes que també formen part de l'inventari de recerca de respostes d'aquest grup. La simulació computaritzada de processos quirúrgics, la neurorehabilitació a distància, problemàtiques amb l'edició i impressió digital, entre d'altres, són temes que preocupen a aquest col·lectiu d'investigadors. Esperem que aquesta il·lusió i entusiasme que ens transmeten quan ens expliquen els seus projectes es vegin traduïts en moltes troballes i en una gran ajuda per diferents col·lectius humans: homes de més de 50 anys, persones que han perdut les seves habilitats cognitives o motores, dones en l'edat de la menopausa, ...etc.

Contacte premsa:

ilapuente@lsi.upc.edu

(Tornar al butlletí)

Personal tools

Accions del document

Anant al moll de l'ós dels biomaterials