Лаборатория математического моделирования
О лаборатории
В лаборатории математического моделирования Института фундаментальной медицины ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России выполняются проекты по разработке математических и компьютерных моделей для различных биомедицинских приложений. На основе создаваемых математических моделей разрабатываются алгоритмы численного решения поставленных задач, которые в дальнейшем реализуются в виде наукоёмкого программного обеспечения в том числе с привлечением современных технологий обработки данных и технологий искусственного интеллекта. Для построения сложных компьютерных моделей используются современные пакеты моделирования на основе методов конечных элементов, объемных элементов, дискретных элементов и других как отечественного (FlowVision), так и зарубежного производства (COMSOL, Abaqus). Кроме того активно используется открытое и свободное программное обеспечение (Scilab, Musen, FreeFEM, Salome и др.)
В лаборатории создается как уникальное программное обеспечение, позволяющее использовать накопленный опыт медицинских специалистов Республики Башкортостан, так и программные продукты в рамках программы импортозамещения. В частности, разработано уникальное программное обеспечение для предсказания изменения плотности керамических имплантатов со временем в процессе высокотемпературного спекания, подана заявка на регистрацию программы. В стадии разработки находится уникальное программное обеспечение для диагностики и длительной терапии детей с дефектами глазодвигательной системы. Разрабатываются отечественные программные продукты для анализа медицинских изображений для нейрохирургии и кардиологии.
Сотрудники лаборатории ведут исследования в сотрудничестве с российскими научными и коммерческим организациями(Сколтех, ФГБНУ Научный центр неврологии, ТУСУР, ТЕСИС, VR Concept и другие), а также с зарубежными коллегами из Китая, Греции, Германии и других стран. К работе над проектами активно привлекаются студенты БГМУ и других ВУЗов города Уфы.
Оборудование и инструменты
1. Высокопроизводительные рабочие станции для компьютерного моделирования и разработки программного обеспечения на базе процессора Intel Core i7-12700KF с мощным графическим процессором Nvidia RTX3070
2. Высокопроизводительный расчетный узел SuperMicro SYS-7049GP-TRT на базе процессоров Xeon и двух GPU семейства NVidia Quadro
3. Пакет гидродинамического моделирования FlowVision, академическая лицензия
Текущие проекты
Внутренние
1. Математическое и компьютерное моделирование процесса изготовления керамических имплантатов
Целью данного проекта является создание программного обеспечения для построения формы заготовки импланта методами аддитивного производства. Математическая модель физических процессов, закладываемая в основу данного ПО должна предсказывать изменение плотности, пористости и линейных размеров импланта в ходе процесса спекания в зависимости от параметров процесса.
2. Математическое и компьютерное моделирование процесса остеоинтеграции керамических имплантатов
В рамках данного проекта разрабатываются математические модели взаимодействия поверхности имплантата и живых тканей. Основной целью данного исследования является определение оптимальных параметров структуры поверхности керамического имплантата. Возможна также оценка применимости тех или иных технологий модификации поверхности.
3. Разработка рекомендательной системы для врача-онколога
В рамках проекта разрабатывается программное обеспечение, позволяющее применять накопленную историю (опыт) лечения онкобольных для анализа новых случаев. В основе лежат алгоритмы машинного обучения и анализа данных.
4. Разработка программных систем диагностики и терапии в офтальмологии
Целью проекта является разработка программного обеспечения для диагностики и длительной терапии патологий глазодвигательной системы. Используется анализ данных с микропериметра, а также метод обратной связи при анализе амплитудно-временных параметров зрительных вызванных потенциалов. В итоге, разрабатываемое программное обеспечение должно оценивать текущее состояние пациента и формировать набор упражнений для коррекции недостатков.
5. Разработка алгоритмов оценки извитости коронарных артерий сердца.
В рамках проекта разрабатывается программное обеспечение для вычисления коэффициента извитости коронарных артерий сердца с целью оценки необходимости/возможности применения различных методов лечения, например, стентирования. На вход подаются результаты коронарографии сосудов сердца (изображения или видео), на выходе врач получает расположение критических зон повышенной извитости сосудов вместе с неким кумулятивным коэффициентом оценки степени извитости.
Внешние
• Анализ особенностей строения мозга человека, определяемых внешними факторами.
В рамках проекта разрабатываются алгоритмы для обработки результатов МРТ и функционального МРТ с целью выявления различия в строении мозга людей, занимающихся различной трудовой/творческой деятельностью (например, профессиональных музыкантов). Получаемые результаты планируется использовать для формирования рекомендаций для лечения и профилактики различных нейро-дегенеративных заболеваний.