Nacionalni projekti

arrs1.png

 

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.

  • Članica UL: UL Fakulteta za strojništvo
  • Šifra projekta: L2-1833
  • Naslov: Lasersko vzbujena podpovršinska mikrodestrukcija tkiva (LasDes)
  • Trajanje: 01.07.2019 - 30.06.2022
  • Letni obseg: 0,83 FTE
  • Vodja: izr. prof. dr. Matija Jezeršek
  • Veda: Tehniške vede
  • Sodelujoče RO: Povezava
  • Sestava projektne skupine: Povezava
  • Bibliografske reference: Povezava
Vsebinski opis projekta:

Lasersko vzbujena podpovršinska mikrodestrukcija tkiva se je pojavila iz potrebe po ciljnem delovanju na omejena območja tkiva velikosti manjše od enega kubičnega milimetra, ki se nahajajo relativno globoko pod njegovo površino, pri čemer so poškodbe okoliškega tkiva skrajno nezaželene. Obstoječe metode večinoma temeljijo na mehanskem vzbujanju fokusiranih ultrazvočnih valov, vendar so tovrstni sistemi veliki in okorni, vplivano območje pa je bistveno večje od željenega. Kombinacija hitrega laserja in optoakustične leče ponuja možnost razvoja nove metode lokalizirane destrukcije tkiva z uporabo ustreznih prehodnih tlačnih valov, ki bo bistveno zmanjšala velikost vplivanega volumna ter kontaktne površine. Lasersko generirana tlačna valovna fronta bo oblikovana in usmerjena tako, da se njene sicer zmerne in neškodljive amplitude na nekem omejenem območju znotraj tkiva sestavijo in kulminirajo v želen destruktivni učinek. Posebna oblika take valovne fronte zahteva zelo prilagodljivo generiranje, pri katerem je potrebno točno nadzorovati dovedeno energijo, prostorsko porazdelitev in časovni profil vzbujanja, kar je možno doseči le z optično-mehansko kombinacijo hitrega laserja in optoakustične leče.

Da bi izpolnili te zahteve, bomo eksperimentalno razvili izvirno metodo za prostorsko in časovno nadzorovano tvorjenje območij lasersko vzbujenih mehanskih valov globoko pod površino tkiva in njihovih nadomestkov. Eksperimentalno metodo bomo izčrpno testirali, analizirali in izboljšali, da bi dosegli optimalno delovanje za dano nalogo. Da bomo bolje razumeli in pojasnili opažene pojave lasersko vzbujenih mehanskih valov v snovi, bomo izpeljali teoretični fizikalno-matematični model, ki bo uporabil znane fizikalne mehanizme prisotne v eksperimentih. Model bomo uporabili tudi za simulacijo in napovedovanje tvorjenja mehanskih valov z različnimi parametri in v različnih okoliščinah, ki jih bomo ustvarili v eksperimentalni fazi naše raziskave. Nato bomo razvili inovativni demonstracijski prototipni sistem za lasersko vzbujanje podpovršinskih ojačenih mehanskih valov, ki bo uporabil posebej zasnovano optoakustično lečo za pretvorbo posebnega prostorsko in časovno nadzorovanega laserskega bliska v želeno lokalno ojačeno mehansko valovanje za ciljno destrukcijo tkiva v območju manjšem od enega kubičnega milimetra znotraj obravnavanega materiala.

Raziskovalni projekt bo izveden kot sodelovanje med raziskovalnima skupinama Laboratorija za lasersko tehniko (LASTEH) Katedre za optodinamiko in lasersko tehniko na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani in industrijskega podjetja Fotona d. o. o., ki je specializirano za razvoj in proizvodnjo medicinskih optoelektronskih naprav, instrumentov in dodatkov. Projektna raziskovalna skupina, ki jo vodi izr. prof. dr. Matija Jezeršek (LASTEH), je sestavljena iz več izkušenih raziskovalcev, ki so ključni strokovnjaki na teoretičnih in eksperimentalnih področjih interakcije svetlobe in snovi, laserske obdelave materialov in razvoja laserskih prototipnih sistemov ter imajo vse potrebne kompetence, spretnosti in splošnega znanja za dosego zastavljenih ciljev s številnimi referencami v aplikativnih raziskavah in razvoju lasersko vzbujenega širjenja mehanskih valov.

Izvedba raziskovalnega projekta bo omogočila nadaljnje interdisciplinarne raziskave medicinskih aplikacij lasersko vzbujenih globinsko ojačenih mehanskih valov v mehkih tkivih. Partnersko podjetje bo imelo priložnost prevzeti, nadalje razvijati in tržiti novo razvito metodo in demonstracijski prototipni sistem za klinično uporabo v medicini.

Faze projekta in njihova realizacija:

DS1: Vodenje projekta (M1 – M36)

N1.1: Vodenje projekta, spremljanje, nadzor in upravljanje kakovosti (M1 – M36)

N1.2: Odgovornost, poročanje o napredku in stroških (M1 – M36)

DS2: Eksperimentalni razvoj metode (M1 – M24)

N2.1: Razvoj nove metode za lasersko vzbujeno lokalno ojačenje mehanskih valov (M1 – M9)

N2.2: Razvoj optimalne optoakustične leče (M10 – M18)

N2.3: Določanje optimalnih parametrov laserskega bliska (M10 – M18)

N2.4: Vrednotenje različnih substratov, kot sta voda in nadomestki mehkih tkiv (M19 – M24)

DS3: Izpeljava teoretičnega fizikalno-matematičnega modela (M1 – M24)

N3.1: Oblikovanje modela (M1 – M12)

N3.2: Uporaba modela za simulacijo eksperimentov (M13 – M24)

DS4: Zasnova in razvoj demonstracijskega prototipnega sistema (M19 – M36)

N4.1: Integracija komponent (M19 – M24)

N4.2: Optimizacija komponent v sistemu (M25 – M30)

N4.3: Vrednotenje in prikaz delovanja prototipa (M31 – M36)

DS5: Končna ocena raziskovalnega projekta (M31 – M36)

N5.1: Celovita ocena raziskovalnega projekta in izdelava njegovih ugotovitev (M31 – M36)

DS6: Predstavitev projekta, objava in uporaba njegovih rezultatov (M1 – M36)

N6.1: Predstavitev projekta in njegovih rezultatov interesiranim skupnostim (M7 – M36) 

N6.2: Objava rezultatov projekta v recenziranih znanstvenih revijah (M7 – M36)

N6.3: Industrijska uporaba rezultatov in patentna prijava (M30 – M36)

N6.4: Predstavitev raziskovalnega projekta širši javnosti (M1 – M36)