Πύλη Βιοϊατρικής Τεχνολογίας

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο - Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Βιορευστομηχανικής και Βιοϊατρικής Τεχνολογίας

Περιγραφή εργαστηρίου

Η Βιορευστομηχανική είναι από τα νεότερα πεδία της επιστήμης του μηχανικού. Χρησιμοποιεί παραδοσιακά εργαλεία και δεξιότητες για να αναλύει και επιλύει προβλήματα στη βιολογία και ιατρική προσφέροντας βελτίωση της ιατρικής περίθαλψης. Η προσφορά της επιτελείται κυρίως μέσω ανάπτυξης σχεδιασμού και κατασκευής είτε τεχνητών οργάνων όπως τεχνητής καρδιάς, νεφρών, πνευμόνων, ήπατος, είτε τεχνητών τμημάτων οργάνων όπως συνθετικά αγγεία, καρδιακές βαλβίδες κλπ.
Το Εργαστήριο Βιορευστομηχανικής & Βιοϊατρικής Τεχνολογίας συστάθηκε με το ΠΔ389/2002 (ΦΕΚ336/31-12-02) και ανήκει στον Τομέα Ρευστών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ. Οι δραστηριότητές του αφορούν κυρίως ανάπτυξη πειραματικών, τεχνικών και θεωρητικών - υπολογιστικών μεθοδολογιών με εφαρμογή την επίλυση προβλημάτων εμβιομηχανικής του κυκλοφορικού, αναπνευστικού και ουροποιητικού συστήματος.
Όσον αφορά την εμβιομηχανική του κυκλοφορικού συστήματος διερευνάται η δυναμική της ροής του αίματος σε μεγάλα αγγεία που εξετάζεται υπολογιστικά με χρήση απλοποιημένων μονοδιάστατων χρονικά μεταβαλλόμενων μοντέλων (ροή στο σύστημα στεφανιαίων αγγείων, εγκεφαλικές ροές στον κύκλο του Willis) καθώς και με αριθμητική επίλυση των εξισώσεων Navier-Stokes συζευγμένων με τις εξισώσεις που περιγράφουν την μηχανική του παραμορφωτού τοιχώματος των αγγείων (ροή σε αρτηριακές στενώσεις, διακλαδώσεις και ανευρύσματα). Επίσης εξετάζονται φαινόμενα διάχυσης ουσιών στις παλλόμενες ροές του αίματος στα αγγεία (διάχυσης φαρμάκων). Έχουν κατασκευασθεί εργαστηριακά μοντέλα προσομοίωσης παλλόμενων ροών αίματος σε αγγεία, όπου εξετάζεται η ροή μέσα σε τεχνητά όργανα όπως τεχνητές καρδιακές βαλβίδες, αιμοδυναμική των stents με μεθόδους μέτρησης μεγεθών της ροής (ταχύτητες, πιέσεις, παροχή, διατμητικές τάσεις) καθώς και οπτικοποίησης της ροής (PIV). Επίσης με θεωρητικές και πειραματικές μεθοδολογίες διερευνάται η ροή σε περισταλτικές αντλίες και αντλίες έγχυσης φαρμάκων και γίνεται προσπάθεια βελτιστοποίησής τους. Αναπτύσσονται και εξελίσσονται τεχνικές υποβοήθησης του κυκλοφορικού συστήματος (ενδοαορτική αντλία μπαλονιού) και γίνεται υπολογιστική τους προσομοίωση.
Διερευνάται η ρεολογία του ολικού αίματος και πλάσματος με μεθόδους ιξωδομετρίας. Έχουν για το σκοπό αυτό αναπτυχθεί στο εργαστήριο νέας μορφής ιξωδόμετρα. Γίνονται θετικές προσπάθειες συσχετισμού παραμέτρων του ιξώδους του αίματος με παθολογικές καταστάσεις.
Η μικροκυκλοφορία του αίματος εξετάζεται πειραματικά με την ανάπτυξη μεθοδολογίας μέτρησης των ταχυτήτων έμμορφων συστατικών του αίματος μέσω μικροσκοπίου και ανάλυσης εικόνας είτε με τη μέθοδο PIV. Επίσης έχει αναπτυχθεί μέθοδος υπολογιστικής προσομοίωσης ροής αίματος στην μικροκυκλοφορία, όπου μπορούν να προσομοιωθεί η ροή των ερυθρών αιμοσφαιρίων ως σταγόνων αιμοσφαιρίνης που ρέουν σε πλάσμα, η δε κυτταρική τους μεμβράνη προσομοιώνεται είτε ως λεπτή μεμβράνη συγκεκριμένων μηχανικών χαρακτηριστικών είτε ως επιφανειακή τάση.
Εξετάζονται με υπολογιστικές μεθοδολογίες τεχνικές μηχανικής υποστήριξης της αναπνοής, όπως μέθοδος αερισμού με παλλόμενη δέσμη.
Όσον αφορά την εμβιομηχανική του ουροποιητικού συστήματος η κύρια ενασχόληση είναι η ουροδυναμική του κατώτερου ουροποιητικού συστήματος. Έχει αναπτυχθεί μέθοδος βασιζόμενη στην ανάλυση εικόνας για την μέτρηση της καμπύλης ούρησης. Επίσης έχει αναπτυχθεί θεωρητικό – υπολογιστικό μοντέλο που με χρήση της καμπύλης ούρησης υπολογίζεται η καμπύλη πίεσης κάνοντας χρήση των εξισώσεων ροής.