{"id":513,"date":"2020-03-10T09:27:58","date_gmt":"2020-03-10T08:27:58","guid":{"rendered":"http:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/?page_id=513"},"modified":"2025-10-27T10:31:12","modified_gmt":"2025-10-27T09:31:12","slug":"english-diamentowy-grant","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/badaniainauka\/english-diamentowy-grant\/","title":{"rendered":"Diamentowy Grant"},"content":{"rendered":"

[vc_row][vc_column][vc_column_text]<\/p>\n

Nieniszcz\u0105ca metoda okre\u015blania obj\u0119to\u015bci por\u00f3w na powierzchni biomateria\u0142\u00f3w przeznaczonych do implantacji ortopedycznej<\/h2>\n
\n

Kierownik projektu<\/h3>\n

mgr in\u017c. \u017baneta Garczyk<\/span><\/a><\/p>\n

Opiekun naukowy<\/h3>\n

\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0dr hab. Sebastian Stach, prof. U\u015a<\/a><\/span><\/p>\n

S\u0142owa kluczowe<\/h3>\n

Biomateria\u0142, bioceramika, implant, no\u015bniki lek\u00f3w, porowato\u015b\u0107, obj\u0119to\u015b\u0107 por\u00f3w<\/span><\/p>\n

Planowane nak\u0142ady<\/h3>\n

220 000 z\u0142<\/span><\/p>\n

Instytucja przyznaj\u0105ca<\/h3>\n

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy\u017cszego<\/span><\/p>\n

Termin realizacji projektu<\/h3>\n

16.11.2016\u00a0 \u2013 15.09.2021\u00a0<\/span><\/p>\n

Wprowadzenie<\/h3>\n

Terapia implantacyjna zwi\u0105zana jest z wieloma powik\u0142aniami pooperacyjnymi. Zabiegi chirurgiczne o niskim stopniu sterylno\u015bci oraz os\u0142abienia immunologiczne operowanego miejsca s\u0105 przyczyn\u0105 zaka\u017ce\u0144 i trudno goj\u0105cych si\u0119 stan\u00f3w zapalnych. Postaw\u0105 w profilaktyce i leczeniu infekcji bakteryjnych jest antybiotykoterapia. Kontrolowane dostarczenie lek\u00f3w jest powa\u017cnym problemem farmakologicznym. Przy og\u00f3lnoustrojowym podawaniu leku d\u0142ugi okres rekonwalescencji pooperacyjnej oraz wysokie st\u0119\u017cenie lek\u00f3w o dzia\u0142aniach przeciwzapalnych lub bakteriostatycznych w znacznym stopniu os\u0142abiaj\u0105 organizm. Alternatyw\u0119 stanowi w\u00f3wczas dostarczanie lek\u00f3w in situ wraz z implantem. Wprowadzenie implant\u00f3w wraz z antybiotykami pozwala ograniczy\u0107 tworzenie si\u0119 stan\u00f3w zapalnych, co odgrywa zasadnicz\u0105 rol\u0119 w skracaniu czasu terapii oraz poprawianiu jej komfortu odczuwalnego dla pacjenta, a tak\u017ce zmniejsza koszty leczenia.<\/span><\/p>\n

Cel naukowy projektu<\/h3>\n

W ramach projektu zosta\u0142a opracowana metoda przeprowadzania analizy udzia\u0142u obj\u0119to\u015bciowego por\u00f3w biomateria\u0142u przeznaczonego do implantacji ortopedycznej. Obliczona \u015brednia obj\u0119to\u015b\u0107 por\u00f3w na jednostk\u0119 powierzchni umo\u017cliwia obliczenie obj\u0119to\u015bci np. leku, jaka mo\u017ce zosta\u0107 umieszczona w porach biomateria\u0142u i dostarczona do organizmu wraz z implantem. Dzi\u0119ki temu lek mo\u017ce zosta\u0107 przygotowany w odpowiedni spos\u00f3b i w odpowiedniej ilo\u015bci. Opracowana metoda jest nieniszcz\u0105ca, dzi\u0119ki czemu pr\u00f3bka nadaje si\u0119 do dalszych zastosowa\u0144 po badaniu. Metoda jest prosta, nie wymaga specjalnego przygotowania materia\u0142u do bada\u0144, a wyniki otrzymane s\u0105 praktycznie natychmiast.<\/span><\/p>\n

Opis zrealizowanych zada\u0144<\/h3>\n

Pierwsze zrealizowane zadanie badawcze polega\u0142o na wykonaniu wst\u0119pnych bada\u0144 powierzchni pr\u00f3bek porowatego biomateria\u0142u korundowego wytworzonych metod\u0105 spieniania chemicznego. <\/span><\/p>\n

\"\"<\/span><\/p>\n

Rysunek 1. Pr\u00f3bka porowatego biomateria\u0142u korundowego<\/em><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Aby otrzyma\u0107 mikrofotografie konfokalne kilku obszar\u00f3w powierzchni biomateria\u0142u, wykonano pomiary w \u201eLaboratorium Ilo\u015bciowej Analizy i Modelowania Powierzchni Biomateria\u0142\u00f3w\u201d Uniwersytetu \u015al\u0105skiego za pomoc\u0105 skaningowego laserowego mikroskopu konfokalnego LEXT OLS4000. Wybrano 10 obszar\u00f3w powierzchni badanych pr\u00f3bek. Dla ka\u017cdego z wybranych obszar\u00f3w wykonano akwizycj\u0119 obraz\u00f3w obiektywami o r\u00f3\u017cnym powi\u0119kszeniu.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 2. Skaningowy laserowy mikroskop konfokalny LEXT OLS4000<\/em><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Drugie zadanie badawcze, przeprowadzono w \u201eLaboratorium Ilo\u015bciowej Wysokorozdzielczej Tomografii Komputerowej\u201d Uniwersytetu \u015al\u0105skiego. Pr\u00f3bki biomateria\u0142u poddano pomiarom za pomoc\u0105 wysokorozdzielczego skanera rentgenowskiego GE Phoenix v|tome|x. <\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 3. Skaner rentgenowski GE Phoenix v|tome|x<\/em><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Seri\u0119 projekcji, b\u0119d\u0105cych bezpo\u015brednim wynikiem badania, poddano rekonstrukcji, a nast\u0119pnie wygenerowano tr\u00f3jwymiarowe obrazy pr\u00f3bek.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 4. Wynik badania mikrotomografem – tr\u00f3jwymiarowy obraz pr\u00f3bki<\/em><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Podczas trzeciego zadania badawczego dane stereometryczne pozyskane z wykorzystaniem mikroskopu konfokalnego zosta\u0142y poddane obr\u00f3bce komputerowej za pomoc\u0105 programu MountainsMap\u00ae Premium firmy Digital Surf oraz procesowi analizy por\u00f3w i cz\u0105stek w programie SPIP\u00ae firmy Image Metrology. Opracowano metod\u0119 przetwarzania i analizy obrazu wykorzystuj\u0105c\u0105 operacje punktowe, przekszta\u0142cenia morfologiczne i przekszta\u0142cenia geometryczne, dzi\u0119ki kt\u00f3rej wysegmentowane zosta\u0142y pory powierzchni oraz wyeliminowano jak najwi\u0119ksz\u0105 liczb\u0119 defekt\u00f3w i zak\u0142\u00f3ce\u0144. Wyznaczono tak\u017ce parametry charakteryzuj\u0105ce geometri\u0119 por\u00f3w. <\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 5. Analiza danych stereometrycznych z wykorzystaniem oprogramowania SPIP – obraz wynikowy<\/em><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

W kolejnym etapie przeprowadzono analiz\u0119 mikrotomograficznych danych z wykorzystaniem oprogramowania Thermo Scientific Avizo. Analiza umo\u017cliwi\u0142a wysegmentowanie por\u00f3w i wykonanie ich precyzyjnych pomiar\u00f3w, w wyniku kt\u00f3rych wyznaczono parametry charakteryzuj\u0105ce pory oraz obliczono porowato\u015b\u0107 pr\u00f3bek.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 6. Wynik analizy danych mikrotomograficznych<\/em><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Czwarte zadanie badawcze polega\u0142o na opracowaniu modelu por\u00f3w biomateria\u0142u. Realizacja procesu tworzenia modelu sk\u0142ada\u0142a si\u0119 z kilku etap\u00f3w. Pierwszy etap polega\u0142 na okre\u015bleniu za\u0142o\u017ce\u0144, kt\u00f3re model powinien spe\u0142nia\u0107. Obrazy powierzchni biomateria\u0142u, pozyskane za pomoc\u0105 mikroskopu konfokalnego umo\u017cliwi\u0142y okre\u015blenie za\u0142o\u017ce\u0144 modelu. W oparciu o przyj\u0119te za\u0142o\u017cenia, model zosta\u0142 zaimplementowany w \u015brodowisku programistycznym pakietu Matlab. Aby umo\u017cliwi\u0107 u\u017cytkownikowi wprowadzenie parametr\u00f3w wej\u015bciowych modelu, zaprojektowano i wykonano graficzny interfejs u\u017cytkownika. U\u017cytkownik ma mo\u017cliwo\u015b\u0107 okre\u015blenia rozmiaru modelu, liczby por\u00f3w oraz minimalnej i maksymalnej \u015brednicy pora. Na podstawie tych parametr\u00f3w generowany jest tr\u00f3jwymiarowy model. Kolejnym elementem jest mo\u017cliwo\u015b\u0107 wyboru p\u0142aszczyzny oraz pozycji przekroju. Generuj\u0105c przekr\u00f3j u\u017cytkownik uzyskuje obraz powierzchni przedstawiaj\u0105cy pory znajduj\u0105ce si\u0119 w wybranej p\u0142aszczy\u017anie i pozycji przekroju oraz parametry je charakteryzuj\u0105ce. Model umo\u017cliwia okre\u015blenie obj\u0119to\u015bci por\u00f3w zar\u00f3wno wewn\u0105trz materia\u0142u jak i na jego powierzchni, co daje mo\u017cliwo\u015b\u0107 wyznaczenia obj\u0119to\u015bci por\u00f3w otwartych oraz szacowania \u015bredniej obj\u0119to\u015bci por\u00f3w na jednostk\u0119 powierzchni badanego materia\u0142u.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/span><\/p>\n

Rysunek 7. Tr\u00f3jwymiarowy model por\u00f3w biomateria\u0142u<\/em><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Ostatnia cz\u0119\u015b\u0107 bada\u0144 polega\u0142a na weryfikacji opracowanego modelu. Metod\u0119 modelowania przetestowano poprzez por\u00f3wnanie wynik\u00f3w otrzymanych z wykorzystaniem modelu z danymi eksperymentalnymi uzyskanymi w wyniku mikrotomograficznych bada\u0144 biomateria\u0142u. W pierwszym kroku przeprowadzono symulacj\u0119 komputerow\u0105, w wyniku kt\u00f3rej wygenerowano tr\u00f3jwymiarow\u0105 reprezentacj\u0119 por\u00f3w biomateria\u0142u. Parametry wej\u015bciowe modelu dobrano w taki spos\u00f3b, aby przekr\u00f3j materia\u0142u otrzymany w wyniku przeci\u0119cia tr\u00f3jwymiarowego modelu p\u0142aszczyzn\u0105, charakteryzowa\u0142 si\u0119 geometri\u0105 por\u00f3w analogiczn\u0105 do tej uzyskanej podczas wcze\u015bniejszej analizy obraz\u00f3w rzeczywistej powierzchni biomateria\u0142u. <\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 8. Tr\u00f3jwymiarowy model por\u00f3w biomateria\u0142u oraz jego przekr\u00f3j uzyskane w wyniku symulacji komputerowej<\/em><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Por\u00f3wnuj\u0105c ze sob\u0105 wyniki uzyskane w obu etapach eksperymentu stwierdzono, \u017ce program generuje model o strukturze i geometrii por\u00f3w zbli\u017conej do rzeczywistego biomateria\u0142u ceramicznego, co potwierdzi\u0142o poprawno\u015b\u0107 opracowanego modelu. <\/span>Model mo\u017ce zatem znale\u017a\u0107 praktyczne zastosowanie w celu zaprojektowania biomateria\u0142u o okre\u015blonej strukturze wewn\u0119trznej por\u00f3w, kt\u00f3ra na powierzchni charakteryzowa\u0107 si\u0119 b\u0119dzie okre\u015blon\u0105 obj\u0119to\u015bci\u0105 por\u00f3w otwartych. Wyznaczona obj\u0119to\u015b\u0107 umo\u017cliwi m. in. obliczenie, a nast\u0119pnie umieszczenie konkretnej obj\u0119to\u015bci leku w porach otwartych biomateria\u0142u i dostarczenie do organizmu pacjenta podczas zabiegu implantacji.<\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Wykaz prac opublikowanych w wyniku realizacji projektu<\/h3>\n
    \n
  1. \n
      \n
    1. Analiza tr\u00f3jwymiarowych obraz\u00f3w w badaniach topografii powierzchni materia\u0142u, Garczyk \u017b., Stach S., Wr\u00f3bel Z., W: Rozw\u00f3j tworzyw in\u017cynierskich i nauk o materia\u0142ach, Czy\u017c Z., Maci\u0105g K. (red.), Wydawnictwo Naukowe TYGIEL sp. z o.o., Lublin 2017, s. 16-29, ISBN 978-83-65598-96-7.<\/span>
      \nPunkty MEiN: 5<\/span><\/li>\n
    2. Przetwarzanie i analiza obrazu w ocenie stopnia porowato\u015bci powierzchni bioceramiki, Garczyk \u017b., Stach S., Wr\u00f3bel Z., W: Wsp\u00f3\u0142czesne problemy in\u017cynierii materia\u0142owej oraz mechaniki, Czy\u017c Z. (red.), Wydawnictwo Naukowe TYGIEL sp. z o.o., Lublin 2018, s. 105-115, ISBN: 978-83-65932-39-6.<\/span>
      \nPunkty MEiN: 5<\/span><\/li>\n
    3. Modelling the degree of porosity of the ceramic surface intended for implants, Stach S., K\u0119dzia O., Garczyk \u017b., Wr\u00f3bel Z. Biomedical Engineering\/Biomedizinische Technik, 2019, 64 (2), s. 215\u2013223, ISSN: 0013-5585.<\/span>
      \nImpact Factor: 1,411<\/span>
      \nPunkty MEiN: 40<\/span><\/li>\n
    4. Evaluation of implant surface porosity using IT tools, Garczyk \u017b., Stach S., Wr\u00f3bel Z., W: The Book of Articles National Scientific Conference \u201cScience and Young Researchers\u201d III edition, K\u0119pczak N., Solarczyk P. (red.), Promovendi Foundation Publishing, \u0141\u00f3d\u017a 2019, s. 59-66, ISBN: 978-83-952839-7-0.<\/span>
      \nPunkty MEiN: 5<\/span><\/li>\n
    5. Three-dimensional model for assessing the pore volume of biomaterials intended for implantation, Garczyk \u017b., Stach S., W: Computational Modelling of Biomechanics and Biotribology in the Musculoskeletal System Jin Z., Li J., Chen Z. (red.); Elsevier, 2021, s. 305-358, ISBN 978-0-12-819531-4.<\/span>
      \nPunkty MEiN: 20<\/span><\/li>\n
    6. Ceramic biomaterial pores stereology analysis by the use of microtomography, Garczyk \u017b., Jaegermann Z., Duda P., Swinarew A.S., Stach S., Materials, 2021, 14 (9), s. 1-11, ISSN: 1996-1944.<\/span>
      \nImpact Factor: 3,623<\/span>
      \nPunkty MEiN: 140<\/span><\/li>\n<\/ol>\n<\/li>\n<\/ol>\n

      Inne formy upowszechnienia wynik\u00f3w – udzia\u0142 w konferencji<\/h3>\n
        \n
      1. \n
          \n
        1. IX Interdyscyplinarna Konferencja Naukowa TYGIEL 2017 \u201eInterdyscyplinarno\u015b\u0107 kluczem do rozwoju\u201d, 18-19.03.2017, Lublin.<\/span>
          \nPoster: Garczyk \u017baneta, Stach Sebastian, Wr\u00f3bel Zygmunt, Analiza tr\u00f3jwymiarowych obraz\u00f3w w badaniach topografii powierzchni materia\u0142u.<\/span><\/li>\n
        2. 41. Studencka Konferencja Naukowa pt. \u201eInnowacje w in\u017cynierii produkcji, technologii materia\u0142\u00f3w i bezpiecze\u0144stwie\u201d, 01.06.2017, Cz\u0119stochowa.<\/span>
          \nPrezentacja ustna: Garczyk \u017baneta, Stach Sebastian, Wr\u00f3bel Zygmunt, Segmentacja danych stereometrycznych w analizie topografii powierzchni pow\u0142ok materia\u0142u.<\/span><\/li>\n
        3. X Interdyscyplinarna Konferencja Naukowa TYGIEL 2018 \u201eInterdyscyplinarno\u015b\u0107 kluczem do rozwoju\u201d, 17-18.03.2018, Lublin.<\/span>
          \nPrezentacja ustna: Garczyk \u017baneta, Stach Sebastian, Wr\u00f3bel Zygmunt, Przetwarzanie i analiza obrazu w ocenie stopnia porowato\u015bci powierzchni bioceramiki.<\/span><\/li>\n
        4. 6th International Conference Information Technologies in Biomedicine, 18-20.06.2018, Kamie\u0144 \u015al\u0105ski.<\/span>
          \nPrezentacja ustna w j\u0119zyku angielskim: Garczyk \u017b., Stach S., Talu S., Dinara S., Wr\u00f3bel Z. Segmentation of three-dimensional images of the butterfly wing surface.<\/span><\/li>\n
        5. National Scientific Conference \u201eScience and Young Researchers\u201d \u2013 3rd edition, 15.06.2019, \u0141\u00f3d\u017a.<\/span>
          \nPrezentacja ustna: Garczyk \u017b., Stach S., Wr\u00f3bel Z., Ocena porowato\u015bci powierzchni implantu z wykorzystaniem narz\u0119dzi informatycznych.<\/span><\/li>\n
        6. AAAFM-UCLA International Conference on Advances in Functional Materials 2021, \u201eMaterials, The Building Block For The Future\u201d, American Association for Advances in Functional Materials, University of California, 18-20.08.2021, Los Angeles<\/span>
          \nPoster: Garczyk \u017b., Stach S., Three-dimensional model in assessing the pore geometry of a biomaterial intended for implantation.<\/span><\/li>\n<\/ol>\n<\/li>\n<\/ol>\n

          [\/vc_column_text][\/vc_column][\/vc_row]<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

          [vc_row][vc_column][vc_column_text] Nieniszcz\u0105ca metoda okre\u015blania obj\u0119to\u015bci por\u00f3w na powierzchni biomateria\u0142\u00f3w przeznaczonych do implantacji ortopedycznej Kierownik projektu mgr in\u017c. \u017baneta Garczyk Opiekun naukowy \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0dr hab. Sebastian Stach, prof. U\u015a S\u0142owa kluczowe Biomateria\u0142, bioceramika, implant, no\u015bniki lek\u00f3w, porowato\u015b\u0107, obj\u0119to\u015b\u0107 por\u00f3w Planowane nak\u0142ady 220 000 z\u0142 Instytucja przyznaj\u0105ca Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy\u017cszego Termin realizacji […]<\/p>\n

          Read More…<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":128,"featured_media":0,"parent":196,"menu_order":8,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"page-templates\/inner-page.php","meta":{"_expiration-date-status":"","_expiration-date":0,"_expiration-date-type":"","_expiration-date-categories":[],"_expiration-date-options":[]},"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/513"}],"collection":[{"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/users\/128"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=513"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/513\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5502,"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/513\/revisions\/5502"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/196"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/us.edu.pl\/instytut\/iib\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=513"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}