Modeliranje

Medicinska fizika je pripomogla k razvoju modeliranja transporta delcev v absorbirajočih in sipajočih snoveh (npr. metoda Monte Carlo). Ne glede na to predstavlja modeliranje sodelovanja svetlobe s konkretnimi tkivi in organi velik izziv zaradi njihove kompleksne strukture na več velikostnih skalah, nepopolnega poznavanja njihovih optičnih lastnosti, in nepopolnega razumevanja fizikalnih in fizioloških procesov pri obsevanju z močnimi svetlobnimi sunki. Prav tako ostaja velik izziv tudi širitev ekspertize modeliranja na simulacije kompleksnih bioloških sistemov.

Glavna prizadevanja programskega stebra Modeliranje se osredotočajo na reševanje ključnih problemov z razvojem:

  • Naprednega modeliranja tkiva v biomedicinski optiki: Eden od ključnih problemov v biomedicinski optiki je učinkovit opis zapletenih interakcij med vpadno svetlobo (z različno valovno dolžino, polarizacijo, intenziteto in trajanjem) in različnimi biološkimi tkivi in organi. Razvoj novih optičnih slikovnih, diagnostičnih in terapevtskih aplikacij je zelo odvisen od natančnega numeričnega modeliranja optičnega in termičnega transporta, kakor tudi od biofizikalnih in biokemijskih procesov po obsevanju. Najpogostejši pristopi vključujejo numerično modeliranje, ki je dokaj natančno, a računsko zelo intenzivno, ali pa uporabo analitičnih rešitev, ki temeljijo na difuzijski aproksimaciji transporta svetlobe. Trenutni modeli vključujejo osnovne interakcije (npr. absorpcija, sipanje, lom), vendar pogosto ne vključujejo drugih fizikalnih procesov, kot je fluorescenca, ki je lahko klinično relevantna. Glavni cilj naših raziskav je razvoj natančnih in časovno učinkovitih modelov optičnega transporta za napoved in optimizacijo učinkovitosti novih optičnih metod slikanja in terapevtskih protokolov. Za slikanje bomo raziskali potencial difuzne refleksijske spektroskopije (DRS), multispektralno slikanje, in metode fototermalne radiometrije za karakterizacijo klinično pomembnih lastnosti tkiv, kot so oksigenacija krvi, prekrvljenost in koncentracija drugih biološko pomembnih molekul. Učinkovitost razvitih metod bomo testirali in vitro kot tudi in vivo.
  • Naprednega modeliranja rasti tumorjev in odziva na terapije: Računalniški modeli so se pojavili kot močna in nepogrešljiva orodja, ki utirajo pot dobi “bolniku prilagojene” medicine, kjer je mogoče vsakega pacienta, vsak tumor in vsak del tumorja obravnavati individualno. V naši skupini smo razvili računski model, ki lahko simulira odziv tumorja na različna zdravljenja (npr. na radioterapijo, antiangiogensko terapijo). Model vključuje farmakokinetične in farmakodinamičnelastnosti, kot tudi podatke iz molekularnih slik, specifičnih za vsakega pacienta. Glavni cilj našega dela je raziskati občutljivost rezultatov na ključne biološke parametre in uporabiti te modele za načrtovanje učinkovitejše in bolniku bolje prilagojene terapije prihodnosti.