Mechanobiologia

Opis kursu

Kurs zorientowany jest na modelowanie procesów biologicznych zachodzących w organizmie ze szczególnym wskazaniem na procesy dotyczące adaptacji do pełnionych funkcji. W ramach zajęć projektowych przewidziane są minimum dwa projekty.

Zajęcia prowadzone są w środowisku programu Ansys. Wersja studencka do pobrania na stronie producenta.

Adaptacyjna przebudowa tkanki kostnej

Celem projektu jest opracowanie płaskiego modelu geometrycznego dowolnie wybranej kości a następnie stworzenie procedury symulacyjnej obrazującej przebudowę struktury gąbczastej pod wpływem przyłożonego obciążenia zewnętrznego. Pracę podsumowuje opracowany raport (min. 10 stron; czcionka 12; interlinia 1,15; opracowanie zgodne z wytycznymi stosowanymi podczas tworzenia pracy dyplomowej).

1. W celu opracowania zagadnienia potrzeba wybrać obiekt, który będzie nam służył za wzorzec modelu geometrycznego. Najlepsze do tego wydaje się zdjęcie RTG wykonane w wysokiej rozdzielczości (chodzi o uwidocznienie struktury wewnętrznej kości, co przyda się szczególnie w trakcie analizowania wyników). Zdjęcie to wczytujemy jako tło w oknie graficznym programu Ansys (PlotCtrl -> Style -> Background -> Textured Background From File).
2. Na bazie obrysu zewnętrznego obiektu tworzymy chmurę punktów (Preprocessor -> Modeling -> Create -> Keypoints -> On Working Plane), przy czym pamiętamy o wyłączeniu przyciągania punktów (WorkPlane -> WP Settings -> Enable Snap).
3. Tworzymy linię typu spline, która przechodzi kolejno przez wszystkie punkty (Preprocessor -> Modeling -> Lines -> Splines -> Spline Thru Keypoints). Linii spline nie da się zamknąć – musi ona mieć początek i koniec, zatem zamknięcia obrysu dokonamy poprzez wstawienie kolejnej linii. Proszę nie wstawić linii prostej jako zamknięcia – zepsuje to całą dotychczasową zabawę. Zamknięcia dokonajmy poprzez wstawienie linii stycznej. W tym celu pierwotną linię podzielmy (komenda LDIV) na minimum dwie linie a następnie komendą L2TAN utwórzmy linię styczną do dwóch utworzonych linii.
4. Z utworzonego zestawu linii możemy utworzyć powierzchnię (komenda AL). Warto zauważyć, że kości, które chcemy modelować mają zwykle warstwę tkanki kostnej zbitej. Najlepiej zatem wygenerować także linię na granicy tkanki zbitej oraz gąbczastej i zamknąć ja zgodnie z opisem z punktu nr 3.
5. Utworzyć pierwszą powierzchnię z zewnętrznej linii oraz drugą z linii wewnętrznej. Przeprowadzić partycjonowanie powierzchni komendą APTN,ALL.
6. Podzielić uzyskany zestaw powierzchni na elementy skończone uzyskując przy tym siatkę typu mapped.
7. Po etapie dyskretyzacji wygenerować losową strukturę tkanki kostnej gąbczastej.
8. Nałożyć warunki brzegowe (obciążenie, zamocowanie), określić materiały (tkanka kostna zbita, tkanka kostna gąbczasta.
9. Przejść do solvera /SOLU. W ramach obliczeń wygenerować serię ilustracji zmian struktury z każdego kroku obliczeń.
10. Dokonać analizy zmian struktury w tok symulacji w odniesieniu do materiału zdjęciowego wykorzystanego na etapie tworzenia modelu geometrycznego (rozkład beleczek kostnych, lokalne zagęszczenia i rozrzedzenia tkanki).
11. Przygotowanie modelu i symulacji oraz uzyskane wyniki i ich dyskusję proszę opracować w postaci raportu.

Algorytm genetyczny

Celem projektu jest opracowanie algorytmu genetycznego optymalizującego dowolne zagadnienie powiązane tematycznie z biomechaniką. Pracę podsumowuje opracowany raport (min. 15 stron; czcionka 12; interlinia 1,15; opracowanie zgodne z wytycznymi stosowanymi podczas tworzenia pracy dyplomowej).

Opis algorytmu gwiazda i schemat

Opis 2016 – gwiazda_2016 i wersja z numeracją wierszy.

Makro z rozszerzeniem mac spakowane algorytmem ZIP: gwiazda_bazowa