Projekti / Programi
Rekonstrukcija električne prevodnosti tkiv s tehnikami magnetne resonance
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.07 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Biomedicinska tehnika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T115 |
Tehnološke vede |
Medicinska tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
električna prevodnost, slikanje z magnetno resonanco, elektroporacija
Raziskovalci (13)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
37507 |
dr. Janja Dermol Černe |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
68 |
| 2. |
30687 |
dr. Bor Kos |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
179 |
| 3. |
29553 |
dr. Matej Kranjc |
Sistemi in kibernetika |
Vodja |
2019 - 2022 |
99 |
| 4. |
14574 |
dr. Mojca Urška Mikac |
Fizika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
150 |
| 5. |
10268 |
dr. Damijan Miklavčič |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
1.505 |
| 6. |
16355 |
dr. Aleš Mohorič |
Fizika |
Raziskovalec |
2021 - 2022 |
435 |
| 7. |
38115 |
dr. Eva Pirc |
Sistemi in kibernetika |
Mladi raziskovalec |
2019 - 2020 |
38 |
| 8. |
07925 |
Ana Sepe |
|
Tehnični sodelavec |
2019 - 2022 |
131 |
| 9. |
12056 |
dr. Igor Serša |
Fizika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
471 |
| 10. |
54223 |
Rok Šmerc |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2022 |
15 |
| 11. |
28490 |
dr. Jernej Vidmar |
Srce in ožilje |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
89 |
| 12. |
52747 |
dr. Angelika Vižintin |
Metabolne in hormonske motnje |
Raziskovalec |
2021 - 2022 |
34 |
| 13. |
37123 |
Lea Vukanović |
|
Tehnični sodelavec |
2019 - 2021 |
15 |
Organizacije (2)
Povzetek
Električne lastnosti bioloških tkiv so zanimive že več kot stoletje, saj določajo pot električnega toka skozi telo in so zato pomembne pri analizi širokega spektra biomedicinskih aplikacij. V zadnjih letih je elektroporacija ena izmed naprednejših in uspešnejših aplikacij uporabe elektromagnetnih polj. Pri elektroporaciji izpostavimo biološko celico pulznim električnim poljem, kar povzroči povečano prepustnost celične membrane. Za čim ustreznejšo izpostavljenost tkiva električnemu polju uporabljamo načrtovanje zdravljenja elektroporacijskih terapij, ki ima velik potencial pri klinični uporabi elektroporacije. Vendar pa je njegova uporaba trenutno omejena zaradi netočnih vrednosti električnih lastnosti zdravljenih tkiv, zlasti v tumorskem tkivu, ki je sestavljen iz različnih struktur, kot so nekroza in viabilne tumorske celice, z različnimi vrednosti prevodnosti. V literaturi lahko najdemo različne pristope določanja porazdelitve prevodnosti tumorjev, vendar ima vsaka od njih svoje slabosti; slaba prostorska ločljivost v primeru električnoimpedančne tomografije (EIT), zahteva po injiciranju električnega toka v primeru magnetnoresonančne električnoimpedančne tomografije (MREIT) in omejitev na vrednosti prevodnosti pri visokih frekvencah v primeru tomografije električnih lastnosti (Electrical Properties Tomography - EPT). Študije, ki se ukvarjajo s preučevanjem impedanc bioloških tkiv, so torej še vedno postavljene pred izziv merjenja porazdelitve električne prevodnosti pri nizkih frekvencah in z zadostno prostorsko ločljivosto ter brez injiciranja toka. Trenutno se s tem izzivom najbolje spopada tehnika slikanja tenzorja prevodnosti (Conductivity Tensor Imaging - CTI), ki je tudi predmet raziskave predlaganega projekta.
Cilj tega projekta je implementirati in validirati CTI tehniko za merjenje tenzorja električne prevodnosti pri nizkih frekvencah z uporabo magnetnoresonančnih (MR) tehnik. Nedavno je bilo dokazano, da CTI omogoča rekonstrukcijo tenzorja električne prevodnosti z uporabo MR skenerja in brez injiciranja električnega toka ter brez uporabe dodatne strojne opreme. Ta nova tehnika bi se lahko uporabila za merjenje porazdelitve električne prevodnosti tkiv za številne numerične modele, ki se uporabljajo pri načrtovanju zdravljenja aplikacij elektroporacije in tudi v drugih medicinskih aplikacijah, ki uporabljajo elektromagnetna polja. Izboljšani načrti zdravljenja, z izmerjeno električno prevodnostjo tkiv zdravljenega pacienta, bodo omogočili boljše predvidevanje rezultatov zdravljenja, ki bo zato varnejše in učinkovitejše. Kljub temu je treba tehniko CTI, pred implementacijo v načrtovanje zdravljenja, dodatno ovrednotiti. Zato bomo v okviru predlaganega raziskovalnega projekta v štirih delovnih sklopih (DS) tehniko CTI temeljito raziskali in skrbno preučili posamezne komponente tehnike s pomočjo različnih poskusov slikanja na fantomih, ex vivo in in vivo bioloških tkivih z uporabo različnih MR skenerjev.
V DS 1 se bomo osredotočili na merjenje porazdelitve električne prevodnosti pri Larmorjevi frekvenci z uporabo tomografije električnih lastnosti (EPT) na dveh MR skenerjih, kar nam bo omogočilo slikanje porazdelitve prevodnosti pri dveh različnih frekvencah (100 in 400 MHz). Nato bomo v DS 2 izvedli difuzijsko obteženo slikanje različnih fantomov in bioloških tkiv. Nazadnje, bomo v DS 3 implementirali CTI tehniko z uporabo slikovnih zaporedij razvitih v prejšnjih dveh delovnih sklopih in z razvojem numeričnega algoritma, potrebnega za rekonstrukcijo porazdelitve električne prevodnosti. Slikali bomo porazdelitev prevodnosti v fantomih s celično strukturo, v skeletnih mišicah miši in nazadnje v tumorju miši, da bi ovrednotili zmožnost CTI tehnike prikazovanja heterogene električne prevodnosti tumorjev v različnih časovnih obdobjih. V drugem delu DS 3 bomo ovrednotili algoritem CTI tudi na slikah, pridobljenih s kliničnim MR skenerjem. Ker je tehnika CTI še nepoznana, bomo v DS 4 posebno pozornost posvetili diseminaciji
Pomen za razvoj znanosti
V okviru predlaganega projekta bomo validirali in implementirali nedavno predstavljeno tehniko slikanja tenzorja prevodnosti (Conductivity Tensor Imaging – CTI) za slikanje električne prevodnosti bioloških tkiv. Čeprav je tehnika nova, so njeni rezultati že pridobili precejšnjo pozornost na znanstvenem področju bioimpedance in slikanja z magnetno resonanco. Kljub temu je potrebno tehniko dodatno validirati in izboljšati, da bo postala uporabna. Menimo, da je to mogoče doseči s predlaganim projektom, ki nam bo omogočil sistematično raziskovanje tehnike in njeno uporabo za merjenje bolj točnih električnih lastnosti in vivo tkiv, ki bi jo lahko uporabili v numeričnem modelu za načrtovanje zdravljenja z elektroporacijo. Poleg izboljšanja natančnosti in zanesljivosti numeričnih modelov, ki se uporabljajo pri načrtovanju zdravljenja tumorjev, bi nove vrednosti prevodnosti tudi pospešile razvoj novih oblik zdravljenja z elektroporacijo. S tem bi pridobili novo znanje in izkušnje, ki nam bodo med drugimi omogočili potegovanje za večji mednarodni projekt.
Posredni pomen projekta je tudi uporaba izsledkov v učnih procesih dodiplomskega in podiplomskega izobraževanja v Sloveniji, saj bodo raziskave potekale na Univerza v Ljubljani. Na ta način bodo v projekt vključeni tudi študenti z izdelavo diplomskih nalog, Prešernovih in Krkinih nagrad. Projekt se bo izvajal tudi s pomočjo mladih raziskovalcev, ki so vključeni v projektno skupino, in bodo imeli s sodelovanjem na projektu dostop do vrhunskega znanja. Izsledki raziskovalnega projekta bodo predstavljeni na domačih in mednarodnih konferencah, delavnicah in v obliki znanstvenih člankov. To vse prispeva tudi k promociji naše države kot visoko tehnološke družbe z inovativnim znanjem.
Pomen za razvoj Slovenije
Based on a recent demonstration of feasibility to image electrical conductivity using Conductivity Tensor Imaging (CTI) technique, the project will enable validation and further development of the CTI. Even though the proposed MRI technique is new, its results have already gained considerable attention in the scientific field of biompedance and magnetic resonance imaging. Still, improvement and validation of the technique is needed in order to make it established and efficient. We believe this is achievable through proposed project which will enable us to systematically explore the technique and apply it for measurement of accurate in vivo tissue conductivity that could be used in a numerical model for the treatment planning of electroporation treatments such as electrochemotherapy and irreversible electroporation ablation. In addition to improvement of the accuracy and reliability of numerical models used in electroporation treatment of established targets, such as tumors, patient-specific conductivity values would also accelerate the development of new electroporation treatments. This will also allow us to generate sufficient body of evidence and experience to be able to apply in the near future for larger international project.
Indirect impact of the project for society will be the use of results of the project in undergraduate and postgraduate studies in Slovenia, as well as on international level. Since part of the research will be done at University of Ljubljana, students will be involved in research and their results used in their graduation thesis and doctoral thesis. The research results will be presented at national and international conferences, workshops and in the form of scientific papers. All this will contribute to promotion of Slovenia as a high technological society with innovative knowledge.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
