Biuletyn Informacyjny Nr 2/2004

Komitet Redakcyjny w składzie: Andrzej Chwojnowski, Ludomira Granicka, Piotr Ładyżyński, Ewa Łukowska i Aleksander Sobieszek

Sprawy organizacyjne

Kolejne posiedzenie Zarządu Głównego naszego Towarzystwa odbyło się w dniu 15 czerwca. Wśród wielu spraw organizacyjnych dotyczących działalności Towarzystwa kilka zasługiwało na szczególną uwagę. Jedną z nich była sprawa członkostwa zagranicznego PTIB.

Nasze Towarzystwo nie miało dotąd członków zagranicznych. Podczas zebrania prof. Maniewski poinformował o otrzymaniu zgłoszenia kandydatury prof. Kiichi Tsuchiya, emerytowanego profesora Waseda University w Tokyo, podpisanego przez prof. Nałęcza i prof. Wójcickiego. Autorzy listu podkreślają, że profesor Tsuchiya współpracował z polską Akademią Nauk około 30 lat. Brał udział początkowo w seminarium polsko-włoskim, a następnie współorganizował sześć seminariów polsko-japońskich. Był jednym z inicjatorów współpracy z Instytutem Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN w dziedzinie wykorzystania elementów strumieniowych w systemach modelowania i wspomagania pracy serca. Prace te opublikował, miedzy innymi przy współautorstwie prof. M. Umezu, w obszernym rozdziale Monografii IFAC pt.: "Control Aspects of Biomedical Engineering" wydanej pod redakcją Macieja Nałęcza przez Pergamon Press w 1987 r. Prace te obok rozważań teoretycznych miały również charakter eksperymentalny. Prof. Tsuchiya ma bardzo znaczny dorobek publikacyjny, a wiele wyników prac badawczych wykorzystano w praktyce. Dzięki zaangażowaniu i życzliwości Prof. Tsuchiya, rozwinęła się wieloletnia bliska współpraca naukowa w dziedzinie inżynierii biomedycznej między Polską i Japonią, obejmująca kilka ośrodków naukowych.

Podobne pismo podpisane przez prof. Weryńskiego i prof. Maniewskiego zgłasza kandydaturę prof. Toivo Katili. Autorzy listu informują, że stopnie naukowe i tytuł profesorski, prof. Katila, uzyskał pracując w Helsinki University of Technology, gdzie pełnił odpowiedzialne funkcje kierownika Zakładu Fizyki Technicznej, Dyrektora Instytutu Inżynierii Biomedycznej i Dyrektora Uniwersytetu. Swoją działalność naukową poświęcił inżynierii biomedycznej zajmując się w szczególności biomagnetyzmem, bioelektrycznością i pomiarami spektroskopowymi. Jest pionierem w zakresie badań biomagnetycznych serca, które prowadził w zbudowanym laboratorium z wykorzystaniem techniki nadprzewodnictwa, gdzie uzyskano najwyższe czułości systemu pomiarowego na świecie. Prof. Katila jest współautorem ponad 130 publikacji w renomowanych czasopismach naukowych. Od 1980 roku współpracuje z polskim środowiskiem naukowym w zakresie inżynierii biomedycznej. Efektem są m.in. wspólne publikacje i wymiana młodych pracowników naukowych. Był współorganizatorem i współprzewodniczącym trzech seminariów MCB na temat badań elektro- i megnetokardiograficznych o wysokiej rozdzielczości.

Zarząd Główny uznał jednomyślnie za bardzo celowe przyznanie członkostwa tak wybitnym przedstawicielom specjalności inżynierii biomedycznej, zasłużonym dla rozwoju współpracy z polskim środowiskiem naukowym w tej dziedzinie. Postanowiono ponadto uzupełnić grupę członków zagranicznych o kandydaturę prof. Vander Slotena, którego kandydatura zostanie rozpatrzona na następnym zebraniu Zarządu Głównego.

Omówiono następnie sprawę członkostwa honorowego PTIB. Dotychczas jedynym członkiem honorowym naszego towarzystwa jest jego inicjator Profesor Maciej Nałęcz. Rozpatrzono propozycję nowych kandydatów, którzy byliby przedstawieni do akceptacji członkom Towarzystwa podczas najbliższego Walnego Zebrania w grudniu tego roku. Po dyskusji Zarząd Główny podjął decyzję o przedstawieniu czterech kandydatów, którymi są: prof. L.Filipczyński, prof. J.Keller, prof. T.Orłowski i doc. S.Raczyński.

Kolejnym punktem posiedzenia było omówienie spraw związanych z redagowaniem Biuletynu PTIB, publikowanego w Kwartalniku Acta Bio-Optica et Informatica Medica. W trakcie opracowania znajduje się Biuletyn Nr 3. Zgodnie z wcześniejszymi ustaleniami w Biuletynie publikowane są kolejne prezentacje zespołów badawczych, pracujących w dziedzinie inżynierii biomedycznej. Prof. Maniewski zaapelował do członków Zarządu o większą aktywność w korzystaniu z Biuletynu jako środka przekazu informacji dotyczących różnych aspektów działalności Towarzystwa.

Sekretarz Zarządu Głównego PTIB
Doc. dr Aleksander Sobieszek

Informacja ze zjazdu

W dniach 16-19 czerwca 2004, już po raz piąty, odbyła się konferencja "Membrany i procesy membranowe w ochronie środowiska", organizowana tradycyjnie przez Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej z Gliwic. Ten cykl konferencji powtarzających się co dwa lata jest już stałym miejscem spotkań "membranowców" z całej Polski (i nie tylko). Dziś nikt nie ma wątpliwości, że są to bardzo ważne wydarzenia naukowe dla środowiska membranowego. Techniki membranowe od samego początku znajdowały się w orbicie zainteresowań inżynierii biomedycznej (że wspomnę tylko "sztuczną nerkę") i jej między innymi zawdzięczają swój burzliwy rozwój. Dziś membrany stosowane są szeroko w wielu dziedzinach techniki i to zarówno w zastosowaniach przemysłowych jak i w niewielkich instalacjach izolujących enzymy czy antybiotyki. Membrany również próbuje się zastosować i to z obiecującymi wynikami do bioizolacji, co może być wstępem do opracowania wszczepialnych sztucznych narządów. Z drugiej strony trudno wyobrazić sobie nowoczesną stację uzdatniania wody bez modułów odwróconej osmozy. Ale mówiąc o inżynierii biomedycznej musimy patrzeć szeroko na nasze środowisko. Zanieczyszczenia są powodem zbyt wielu chorób, aby odpowiedzialny specjalista zajmujący się ochroną zdrowia mógł ignorować tą problematykę. Dlatego też problematyka poruszana na tej konferencji wydaje się być szczególnie interesująca.

Oczywiście nie można omówić szczegółowo wszystkich wystąpień. Z prawie osiemdziesięciu wystąpień pozwoliłem sobie wybrać kilka takich które mogą wzbudzić szersze zainteresowanie. Dwa doniesienia zespołu M. Dudziak, M. Bodzek i M. Rajca - "Zastosowanie ultrafiltracji w uzdatnianiu wody. Losy związków estrogennych w środowisku wodnym" i "Eliminacja estrogenów z wód przy wykorzystaniu procesów membranowych". Kolejnym zwracającym uwagę swoją tematyką był referat "Wykorzystanie potencjału mikroorganizmów w oczyszczaniu ścieków fenolowych" (A. Hołownia-Tusek). Bardzo ciekawą pracę zaprezentował zespół w składzie TR Sosnowski, T. Suchecka, W. Piatkiewicz "Penetracja komórki przez membranę mikrofiltracyjną". Praca ta jest szczególnie interesująca dla wszystkich zajmujących się immunolzolacją. Możliwość przechodzenia komórek przez pory o rozmiarach mniejszych od rozmiarów komórek jest istotnym problemem, który należy brać pod uwagę w immunoizolacji. Wszystkich zainteresowanych odsyłam do książki Monografie Kom. Inż. Środowiska PAN, "Membrany i procesy membranowe w ochronie środowiska", Vol. 22. Pozostając przy tematyce membranowej - po zdecydowanym sukcesie zeszłorocznej konferencji państw grupy Wyszehradzkiej Permea 2003 zorganizowanej przez Słowację, organizację następnej konferencji powierzono Polsce, a to ze względu na znaczącą liczbę uczestników z Polski. Wszystkich zainteresowanych zapraszam na stronę internetową konferencji http://www.membranes.pwr.wroc.pl/permea2005.html.

A. Chwojnowski

Prezentacje zespołów badawczych

Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN
Zakład Bioprzepływów
Pracownia Układów Wspomagania Oddychania
Kierownik - prof. dr hab. inż. Marek Darowski
Tel.: +48 (22) 659 95 14, fax: +48 (22) 659 70 30, e-mail: mdar@ibib.waw.pl

Tematyka badawcza: Badania modelowe układu oddechowego
Zespół badawczy: Prof. M. Darowski, dr J. Glapiński, dr J. Piętka, dr M. Pokora, dr B. Kuraszkiewicz, dr B. Stankiewicz, dr M. Michnikowski, dr T. Gólczewski, mgr M.Guć, mgr A. Rogalski.

Prace naukowo-badawcze Pracowni Układów Wspomagania Oddychania dotyczą wykorzystania różnych metod modelowania dla oceny efektywności wspomagania oddechu spontanicznego i optymalizacji intensywnej terapii oddechowej.

Mechaniczne wspomaganie oddychania metodą generacji dodatnich ciśnień wdechowych powoduje niekorzystny wzrost średnich ciśnień w klatce piersiowej, co zwykle jest przyczyną spadku rzutu lewej komory serca i powrotu żylnego krwi do serca, a w konsekwencji trudniejszych warunków wymiany gazowej. Jeżeli zachowany jest oddech własny pacjenta podczas wspomagania oddychania, wzrost średnich ciśnień wewnątrz klatki piersiowej jest mniejszy i warunki wymiany gazowej - lepsze. Toteż zainteresowanie anestezjologów metodami wspomagania oddychania z zachowaniem oddechu własnego pacjenta jest coraz większe.

Nieoptymalny dobór parametrów respiracji, np. zbyt dużą objętość wdechowa, powoduje spadek podatności płuc i pogarsza warunki wymiany gazowej, a także zwiększa ryzyko uszkodzenia pęcherzyków płucnych przepływu i niekorzystnie zmienia warunki hemodynamiczne przepływu płucnego oraz systemowego krwi [2,3,4,5,6,10].

Model drzewa oskrzelowego opracowany przez nasz zespół [1,9] jest modelem wielokompartmentowym (wielokomorowym), umożliwiającym niezależną, szeroką zmianę parametrów mechanicznych (oporności dróg oddechowych i podatności) w poszczególnych rejonach płuc. Model ten wykorzystywany w badaniach symulacyjnych stanowiących weryfikację zaproponowanej nowej metody efektywności wspomagania oddychania umożliwia dołączenie respiratora do "wirtualnych płuc" [7,9].

Znaczenie budowy hybrydowego modelu nowej generacji jest ważne i wielorakie, bowiem:

  • umożliwi prowadzenie prac nad nowymi metodami sztucznej wentylacji płuc oraz optymalizację doboru parametrów sztucznej wentylacji w przypadku metod już stosowanych,
  • pozwoli na obiektywne porównanie skuteczności metod sztucznej wentylacji w przypadku rożnych patologii płuc,
  • będzie bardzo cenną pomocą dydaktyczną w procesie nauczania akademickiego a także podczas rutynowego szkolenia personelu medycznego,
  • w wielu badaniach umożliwi eliminację, lub ograniczenie liczby zwierząt doświadczalnych, co z etycznego punktu widzenia stanowi istotny postęp w wielu procedurach badawczych,
  • pozwoli na istotne przyspieszenie wielu prac badawczych prowadzonych w dziedzinie budowy urządzeń wspomagania oddychania i urządzeń do pomiaru parametrów mechanicznych płuc,
  • będzie narzędziem badawczym umożliwiającym realizację nowego programu badawczego w ramach międzynarodowego zespołu naukowców ( do tej pory nikt nie zbudował podobnego modelu),
  • budowa modelu umożliwi określenie nowych standardów dotyczących sprzętu używanego podczas sztucznej wentylacji płuc.

Wymiernym efektem realizacji obecnego projektu badawczego będzie:

  • Opracowanie nowej metody oceny wpływu sposobu wspomagania oddychania i parametrów sztucznej wentylacji na mechaniki płuc, bardzo przydatnej w praktyce klinicznej do przewidywania efektywności wspomagania oddychania,
  • Opracowanie oryginalnego modelu symulatora hybrydowego do zastosowań laboratoryjnych i oceny klinicznej oraz domowej terapii oddechowej.

Z powodu poważnych ograniczeń występujących podczas terapii oddechowej w bezpośrednim pomiarze wielkości hemodynamicznych, wykorzystujemy modelowanie i symulację komputerową także dla oceny wpływu sztucznej wentylacji na układ krążenia [3,4]. Prace te prowadzimy w ścisłej współpracy z zespołem instytutu Fizjologii Klinicznej CNR (Włochy).

  1. Darowski M., Kozarski M., Gólczewski T.: Model studies on respiratory parameters for different lung structures - Part I. Theoretical consideration. Biocybernetics and Biomedical Engineering 2000, vol. 20, no. 2, 67 - 77.
  2. Glapiński J., Darowski M., Englisz M.: Modeling of Inspiratory Work of Breathing during Assisted Ventilation, Biocybernetics and Biomedical Engineering, 2000, vol. 20, 3, 59-64.
  3. Darowski M., De Lazzari C., Ferrari G., Clemente F., Guaragno M.: Computer simulation of hemodynamic parameter changes by mechanical ventilation and bioventricular circulatory support, Methods of Information in Medicine 2000, 39, pp. 332-338.
  4. Clemente F., De Lazzari C., Darowski M., Ferrari G., Mimmo R., Guaragno M., Tosti G.: Study of systolic pressure (SPV) in presence of mechanical ventilation, The International Journal of Artifical Organs 2002, vol. 25, 4, pp. 313-320.
  5. Darowski M., Kozarski M.: Lung mechanics measurement independent on ventilatory treatment, Biocybernetics and Biomedical Engineering 2002, vol. 22, 4, 115-121.
  6. Darowski M., Pałko K. J., Jucha A., Kozarski M.: Expiratory pressure curve analysis for estimation of lungs mechanics, Biocybernetics and Biomedical Engineering 2003, vol. 23, 1, 91-102.
  7. Gólczewski T., Kozarski M., Darowski M.: The respirator as a user of virtual lungs, Biocybernetics and Biomedical Engineering 2003, vol. 23, no. 2, 57-66.
  8. Kozarski M., Maras K., Darowski M., Pałko K. J.: The electropneumatic gyrator as a tool for physical modeling of lungs, Biocybernetics and Biomedical Engineering 2003, vol. 23, no. 3, pp. 47 - 54.
  9. Gólczewski T., Darowski M.: The influence of ventilatory mode on respiration parameters - investigation virtual lungs, Biocybernetics and Biomedical Engineering 2003, vol. 23, no. 3, pp. 63 - 72.
  10. K. J. Palko, M. Kozarski, M. Darowski.: Identification of the mechanical parameters of lungs during expiration, Technology and Health Care, Vol. 12, no. 2, 2004, p. 198-199;

Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN
Zakład Bioprzepływów
Pracownia Hybrydowych Modeli Układu Krążenia i Oddychania
Kierownik - dr inż. Maciej Kozarski
Tel.: +48 (22) 659 91 43 wew. 204, fax: +48 (22) 659 70 30

Tematyka badawcza: Badania modelowe układu krążenia
Zespół badawczy: prof. Marek Darowski, dr inż. Maciej Kozarski, mgr inż. Krystyna Górczyńska, mgr inż. Krzysztof Jakub Pałko, mgr inż. Arkadiusz Tokarz

Pracownia Hybrydowych Modeli Układów Krążenia i Oddychania swoje prace naukowobadawcze prowadzi w kilku kierunkach, a mianowicie:

  • budowy nowej generacji hybrydowych modeli układu krążenia [2,3,6,7,9,10], przydatnych podczas badań wzajemnego oddziaływania mechanicznie wspomaganej komory serca i układu krążenia ze szczególnym uwzględnieniem energetycznych aspektów pracy serca,
  • opracowania nowych modeli urządzeń do szybkiej presoterapii naczyń żylnych i limfatycznych, co pozwoli na kontynuację klinicznych prac nad optymalizacją procesu terapii udrażniającej naczynia limfatyczne i żylne,
  • opracowania nowej generacji urządzeń do nieinwazyjnego wspomagania układu krążenia za pomocą. nakończynowych mankietów uciskowych. Ten kierunek prac ma szczególne znaczenie dla terapii pacjentów w stanach pozawałowych zastępując w wielu przypadkach inne, inwazyjne i bardzo kosztowne metody wspomagania krążenia na przykład, za pomocą sztucznych komór serca lub wewnątrzaortalnej pompy balonowej.
  • opracowania hybrydowych symulatorów własności mechanicznych płuc mających zastosowanie przy badaniach nowych algorytmów sztucznej wentylacji płuc [1,4,8]. Te prace są prowadzone przy ścisłej współpracy z Pracownią Układów Wspomagania Oddychania.

Cechą charakterystyczną prac nad wymienionymi hybrydowymi modelami układów krążenia i oddychania jest ich jednorodność wywodząca się z zastosowania tej samej, opracowanej przez zespół, zunifikowanej metody sprzęgania modułów funkcjonalnych modeli zarówno układu krążenia, jak i oddychania [7]. Sprowadza się ona do trójetapowego postępowania, w którym punktem wyjścia (etap I) jest wybór matematycznego i w konsekwencji numerycznego modelu układu krążenia, następnie (etap II) określenie fragmentów modelu, w których środowisko numeryczne modelu hybrydowego ma być sprzężone z płynowym środowiskiem urządzeń wspomagających krążenie (np. sztucznym sercem) lub oddychanie (np. respiratorem) a w końcu (etap III) techniczna realizacja modelu hybrydowego [2,7] polegająca na zastosowaniu specjalnego rodzaju przetworników (opracowanych w pracowni) zbudowanych z elektrycznie sterowanych źródeł ciśnieniowych i przepływowych,- innych w przypadku modeli układu krążenia i układu oddychania (płuc).

Prace w dziedzinie hybrydowego modelowania układu krążenia są prowadzone przy ścisłej współpracy z oddziałem rzymskim Instytutu Fizjologii Klinicznej w Pizie i mają wieloletnią tradycję.

Opracowywane modele hybrydowe, które z użytkowego punktu widzenia można traktować jak tzw. modele fizyczne, łączą wszystkie zalety modeli numerycznych (dokładność odtwarzania czech układu naturalnego, łatwość zmian parametrów modelu) i typowych modeli fizycznych (możliwość bezpośredniego sprzężenia z urządzeniem wspomagającym). Odgrywają one zatem rolę wirtualnych pacjentów i mogą być stosowane zarówno w badaniach naukowych, jak i dla celów dydaktycznych podczas ćwiczeń ze studentami i w ciągu szkolenia personelu medycznego i pielęgniarskiego.

  1. De Lazzari C., Darowski M., Ferrari G., Clemente F., Guaragno M.: Ventricular energetics during mechanical ventilation and intraaortic balloon pumping - computer simulation, Journal of Medical Engineering & Technology, 2001, 25(3), pp. 103-111.
  2. Ferrari G., Kozarski M., De Lazzari C., Clemente F., Merolli M., Tosti G., Guaragno M., Mimmo R., Ambrosi D., Glapiński J. A hybrid (numerical-physical) model of the left ventricle. The international Journal of Artificial Organs, 24(7), 456-62,2001.
  3. Ferrari G.,* De Lazzari C.,* Kozarski M.,† Clemente F.,* Górczyńska K.,† Mimmo R.,* Monnanni E.,* Tosti G.,* and Guaragno M. * A Hybrid Mock Circulatory System: Testing a Prototype Under Physiologic and Pathological Conditions. ASAIO Journal, 48, 487-494, 2002
  4. Clemente F., De Lazzari C., Darowski M., Ferrari G., Mimmo R., Guaragno M., Tosti G.. Study of systolic pressure ventilation (SPV) in presence of mechanical ventilation. The International Journal of Artifical Organs Vol. 25, 4, pp 313-320, 2002.
  5. De Lazzari C., Darowski M., Ferrari G., Clemente F., Guaragno M.. Energetic parameter changes with mechanical ventilation in conjunction with BVAD assistance. Journal of Med. Eng.&Techn., 2002, Vol. 26, no. 2, pp. 63-70.
  6. Górczyńska K., Darowski M., Kozarski M.: Cardiovascular, Respiratory and Veno-Lymphasic Assistance. Modeling and Simulation, Biocybernetics and Biomedical Engineering 2002, vol. 22, no. 2 - 3, pp. 135-175.
  7. Kozarski M. *, Ferrari G. , Darowski M., Górczyńska K., Clemente F., Pałko K.J.. The electrohydraulic impedance converter in mock circulatory system design. Biocybernetics and Biomedical Engineering, 2003, 23(2), pp. 27-34.
  8. Darowski M., De Lazzari C., Ferrari G., Mimmo R., Guaragno M. The influence of ventilatory support on coronary flow and oxygen consumption in different circulatory conditions. Biocybernetics and Biomedical Engineering, 2003, vol. 23, pp. 105-112.
  9. Ferrari G., De Lazzari C., Kozarski M., Clemente F., Górczyńska K., Mimmo R., Tosti G., Guaragno M.. Physical Modelling of the Cardiovascular System: Development of a New Simulation System Based on Hybrid (Numerical-Hydraulic) Components. Biocybernetics and Biomedical Engineering. 23(2), pp 3-15, 2003.
  10. Kozarski M., Ferrari G., Clemente F., Górczyńska K., De Lazzari C., Darowski M., Mimmo R., Tosti G., Guaragno M.. A hybrid mock circulatory system: Development and testing of an electro-hydraulic impedance simulator. The International Journal of Artificial Organs, 2003, vol. 26, no. 1, pp. 53-63.

Wykaz konferencji naukowych związanych z biocybernetyką i inżynierią biomedyczną można znaleźć na stronie PTIB.