Projekti / Programi
Funkcije in tehnologije kompleksnih sistemov
01. januar 2009
- 31. december 2014
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.00 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
|
| 2.07.00 |
Tehnika |
Računalništvo in informatika |
|
| 2.10.00 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T111 |
Tehnološke vede |
Upodabljanje, obdelava podob |
| T121 |
Tehnološke vede |
Obdelava signalov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
kompleksni sistemi, tehnologije, obdelava in analiza slik, diagnostika in terapija, analiza gibanja, kontrola kakovosti izdelkov, statistična fizika, fizika mehke snovi, nanostrukture, membrane, sklopljeni oscilatorji, nelinearna in stohastična dinamika, modeliranje, regulacija krvnega pretoka, kardiovaskularni sistem, kavzalnosti in interakcije v anesteziji, biomehanika kolčnega sklepa
Raziskovalci (47)
Organizacije (2)
Povzetek
Teoretično, eksperimentalno in aplikativno raziskovanje zgradbe in funkcije živih (organizmov, organov, tkiv, celic, organel, membran in makromolekul) in neživih sistemov ter razvijanje postopkov in tehnologij, ki omogočajo oziroma izhajajo iz takšnega raziskovanja. Raziskovalno tematiko sestavljajo 4 sklopi:
I. Slikovne tehnologije
Avtomatska obdelava in analiza slik prodira na številna področja, med katerimi zaradi zahtev po natančnosti, zanesljivosti, ponovljivosti, hitrosti in avtonomnosti izrazito izstopata področji medicine in kontrole kakovosti v industriji. Temeljna naloga obdelave in analize slik v medicini je razpoznavanje in analiza anatomskih struktur in funkcij le-teh, v industriji pa avtomatsko vizualno pregledovanje surovin in izdelkov. Sistemi za obdelavo slik in videa pa se širijo tudi v manj nadzorovana okolja, kot so na primer video nadzorni sistemi in sistemi za analizo gibanja na področju športa. Raziskave bodo usmerjene predvsem v: 1) obdelavo in analizo biomedicinskih slik, ki so neprecenljiv vir informacij, ki je potrebna za odkrivanje, vrednotenje in razumevanje normalnih in bolezenskih stanj, za načrtovanje in izvedbo terapevtskih posegov ter spremljanje učinkov le-teh; 2) tehnologije za vizualno kontrolo izdelkov, ki so z optičnim brezkontaktnim zaznavanjem sposobni zajeti eno ali več slik, jih obdelati, analizirati, izmeriti različne značilnosti in sprejeti odločitve z namenom avtomatizacije ročne kontrole; 3) sledenje, analizo, razpoznavanje in razumevanje gibanja ter individualnih in skupinskih aktivnosti iz video posnetkov v podporo naprednim video nadzornim sistemom, prometnim sistemom, uporabniškim vmesnikom, televizijskim prenosom in analizi športnih dogodkov.
II. Nanostrukture
Nanostrukture iz tankih plasti predstavljajo pomemben sistem v tehnologiji in biologiji. V raziskavah se bomo osredotočili na naslednje raziskovalne naloge: 1) analiza stabilnosti organskih in anorganskih nanostruktur, ki bo zajemala razvoj enotne teorije za določanje stabilne konfiguracije tankih anizotropnih mikro in nanostruktur, ki izhaja iz enodelčne interakcije gradnikov z okolico. Izdelano teorijo bomo med drugim uporabili za analizo vpliva naboja in oblike molekul v sistemu in okolni raztopini na mikro in nano-vesikulacijo membrane, na stabilnost in velikost hidrofilnih mikro in nanolukenj v membrani ter za analizo stabilnosti heličnih struktur pri organskih in anorganskih nanocevkah in trakovih; 2) eksperimentalni in teoretični študij vpliva detergentov na tvorbo in stabilnost membranskih nanostruktur; 3) študij elektrostatskih lastnosti organskih in anorganskih nanostruktur.
III. Kompleksni dinamični sistemi
Razvijali bomo orodja za analizo in modeliranje kompleksnih dinamičnih sistemov. Ugotavljali bomo prostostne stopnje in naravo medsebojnih interakcij. Obravnavali bomo tako fizikalne, kot tudi biološke in tehniške sisteme. Osrednji cilj raziskav je zgradba sistema za diagnostiko različnih stanj kardiovaskularnega sistema (staranje, diabetes, po akutnem infarktu miokardija, srčno popuščanje, hipertenzija, rak, anestezija, šport) in matematični model obtoka krvi po ožilju, kot kompleksen dinamični sistem. Delo bo potekalo v okviru petih tematskih področij: 1) metode za analizo dinamike kompleksnih sistemov; 2) modeliranje kompleksnih sistemov; 3) mehanizmi regulacije krvnega pretoka; 4) dinamične spremembe kardiovaskularnega sistema in 5) kavzalnosti in interakcije v anesteziji.
IV. Biomehanska analiza rentgenskih slik okolčja v ortopedski klinični praksi
Na področju biomehanike smo v dosedanjih raziskavah razvili model za neinvazivno ocenjevanje sil in napetosti v kolku na podlagi antero-posteriornih (AP) rentgenskih posnetkov okolčja. V nadaljevanju se bomo osredotočili na naslednje naloge: 1) preučitev dolgoročnega vpliva povišanih tlačnih napetosti v kolčni sklepni plasti pri bolnikih s kolčno displazijo na razvoj artroze; 2) matematično modeliranje porazdelitve tlačnih napetosti v k
Pomen za razvoj znanosti
Teorije, metode, eksperimente, baze podatkov in različne rezultate, ki so povezani z raziskavami v tem programu, smo objavili v mnogih uglednih znanstvenih revijah. V obdobju 2009-2014 so raziskovalci na programu objavili 240 člankov v revijah s faktorjem vpliva. V revijah iz 1. četrtine (A1) po faktorju vpliva so objavili 137 člankov. Raziskovalci, ki so delovali na programu v celotnem obdobju, so objavili 164 člankov. Normirano število čistih citatov v zadnjih 10 letih je bilo 5624, število citatov, ki jih je v zadnjih 10 letih prejelo 240 člankov pa je bilo 1709 (vir Sicris). Število in kvaliteta člankov ter odmevnost jasno demonstrirajo pomen raziskav v okviru programa na razvoj znanosti. Rezultati so pripomogli k mednarodni razpoznavnosti članov programske skupine, Univerze v Ljubljani in Slovenije na področjih raziskovalnega programa. Z raziskovanjem in multidisciplinarnim sodelovanjem med akademsko stroko, izvajalci zdravstvenih storitev, proizvajalcev medicinske opreme, farmacevtskimi podjetji in proizvajalci farmacevtske opreme, smo ustvarjali kritično maso novih znanj, ugotovitev in potreb po inovativnih rešitvah, ki že vodijo in bodo vodila do novih odkritij in novih raziskovalnih izzivov. Izvirni znanstveni prispevki na področjih tehnike, medicine, biologije ter drugih področjih so že spodbudili in bodo še spodbujali razvoj novih oziroma nadgradnjo obstoječih tehnologij, ki bodo raznovrstno izboljšale razumevanja delovanja človeškega organizma, patogeneze ter zdravljenje bolnikov z različnimi boleznimi. Pomembnejši učinki/prispevki naših preteklih raziskovanj so: (i) povečano razumevanje preizkušenih postopkov za analizo slik, ter poznavanje njihovih zmožnosti ter potencialnih pomanjkljivosti, kar smo dosegli z natančno in objektivno znanstveno validacijo trenutno uveljavljenih in naših izvirnih postopkov analize slik, (ii) spodbujanje nadaljnjih raziskav in razvoja postopkov analize slik in objektivnega ocenjevanja ter primerjalnih raziskav z objavo standardne validacijske zbirke slik z referenčnimi rezultati, ki bo javno dostopna raziskovalni skupnosti, (iii) uporaba analize slik za izboljšano diagnostiko, načrtovanje zdravljenja ter zdravljenje različnih obolenj, ki lahko prizadanejo različne organe, (iv) oblikovanje smernic za kvantitativna merjenja v longitudinalnih raziskavah, (v) napredek pri razumevanju in spremljanju napredovanja različnih bolezni, kot posledica novih, objektivnih in ponovljivih in-vivo merjenj iz slik bolnika, (vi) omogočen nadaljnji razvoj in izboljšanje kliničnih smernic in načrtov zdravljenja s spodbujanjem uporabe objektivnih in kvantitativnih merjenj poleg subjektivnega ocenjevanja bolnikovega stanja, (vii) hitrejši razvoj in vrednotenje učinka novih zdravil in inovativnih načinov zdravljenja z omogočanjem zgodnejših odločitev osnovanih na objektivnih merjenjih, (viii) zmanjšanje minimalnega števila bolnikov, ki so potrebni za odkrivanje učinkov zdravljenja v kliničnih raziskavah s pomočjo izboljšane natančnosti in občutljivosti kvantifikacije patologij, (ix) zanesljivejša opredelitev lastnosti posameznih bolnikov, ki omogočajo prilagojeno osebno zdravljenje, (x) izdelava novih nanostrukturiranih površin in nanodelcev ob široki eksperimentalni in teoretični analizi interakcij celic in proteinov s temi strukturam in nanodelci, (xi) kombinacija kliničnih študij in različnih eksperimentalnih, teoretičnih, numeričnih in simulacijskih metod ter ustrezne analize in procesiranja slik bo omogočila pridobiti odgovore na vrsto vprašanj, ki so povezan z mehanizni osteointegracije in biokompatibilnosti implantov, (xii) izdelava novih antibakterijskih površin in novih nanotehnoloških metod za omejevanje širjenja rakastih celic v človeškem telesu, (xiii) izboljšano razumevanje kardiovaskularne in možganske dinamike, kot tudi za izboljšanje dignostičnih in prognostičnih možnostih pri raku, diabetesu, demencii, disfunkciji ščitnice in podobnih obolnjih.
Pomen za razvoj Slovenije
Pričakovane koristi za slovensko družbo in gospodarstvo so predvsem naslednje: Koristi v smislu rezultatov: Inovativno načrtovanje, razvoj in uporaba postopkov kot tudi razširjanje (240 člankov v revijah s faktorjem vpliva), odzivnost, vrednotenje in prenos rezultatov je prispevalo k vidnosti, ugledu in uveljavljanju raziskovalne skupine, raziskovalnih inštitucij (Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko in Medicinska fakulteta) ter Slovenije kot raziskovalno uspešne države v mednarodnem znanstveno-raziskovalnem okolju. Pričakujemo, da bodo rezultati zaključenega raziskovalnega programa prispevali k napredku na področjih biomedicinske tehnike in zdravljenja različnih obolenj ter tako neposredno koristili bolnikom, zdravnikom ter tudi širši družbi. Nekateri novi postopki bodo implementirani kot namenska programska oprema, ki se trži kot samostojen produkt ali pa bodo del programske opreme večjih sistemov. Prenos znanja iz akademskega v industrijsko okolje: Raziskovalna skupina je okrepila sodelovnaje s slovenskimi gospodarskimi družbami ter vzpostavila stik z nekaterimi tujimi visokotehnološkimi podjetji, ki razvijajo ali tržijo namenske sisteme in produkte, kot tudi s slovenskimi podjetji, ki so se zanimala za tehnologijo, ki jo je razvita skupina v okviru programa. Izjemno pomemben in najbolj neposreden družbeno-ekonomski učinek raziskovalcev je bila izdatna rast podjetja Sensum, ki so ga leta 2000 ustanovili trije člani programske skupine. Rast se je odražala na: a) povečanem številu delovnih mest za nedoločen čas - od 2009 do 2014 se je število zaposlenih povečalo za več kot 40, b) tehnološki ravni - visoka tehnološka raven omogoča, da je podjetje Sensum globalni nišni zmagovalec, c) prihodkih ustvarjenih predvsem na (zahtevnih) tujih trgih - prihodki so se od 2009 do 2014 večali in so bili leta 2014 najvišji in d) prispevkih v proračun RS - s povečanim številom zaposlenih za nedoločen čas, prihodki in visoko dodano vrednostjo so člani programske skupine preko podjetja Sensum izdatno polnili slovenski proračun. Razvoj kadrov: Zaključeni raziskovalni program je nedvomno prispeval k povečanju znanja ter izboljšanju spretnosti raziskovalcev, ki so bili s projektom neposredno ali pa le delno povezani, in sicer na podlagi tečajev, razširjanja rezultatov, izmenjave informacij ali s katero koli drugo obliko povezovanja s formalnimi raziskavami. Kadri, ki so končali usposabljanje so se v večini zaposlili v industriji. Zaradi izredno aktualne in zanimive teme programa, kot tudi zaradi pridobljenega znanja in izkušenj raziskovalne skupine pričakujemo, da bomo v okviru nadaljevanja programa k raziskovanju privabili tudi nove talentirane raziskovalce. Krepitev inštitucijskih zmožnosti: Predlagani raziskovalni projekt je omogočil nabavo novih ter nadgradnjo oziroma prenovo obstoječe strojne opreme in programske opreme, literature ter administrativnih in upravljalskih sistemov. Povečano in učinkovitejše sodelovanje: Na podlagi sodelovanja posameznikov in inštitucij, ki so bile neposredno ali posredno povezane s končanim raziskovalnim projektom, so se vzpostavile nove in/ali okrepile obstoječe povezave, ki bodo posledično prispevale k učinkovitejšemu sodelovanju tudi v prihodnosti. Viri sredstev: Za predlagatelje kot tudi za organizacijo, povezano s predlaganim raziskovalnim programom, se je povečala sposobnost pridobivanja novih finančnih, tehničnih in organizacijskih virov, kar bo omogočilo prihodnje raziskovalne projekte.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
