Komputerowy model głowy dwulatka

Dodano: 09 grudnia 2019

Numeryczny model głowy dwuletniego dziecka opracowali naukowcy m.in. Politechniki Wrocławskiej. Taki algorytm pokaże, co dokładnie dzieje się w mózgu dziecka np. przy silnym uderzeniu. Przyda się więc do dokładniejszych niż obecnie testów np. kasków rowerowych.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl

„Numeryczny model to kod, który pozwala nam wyliczyć dane po obciążeniu mechanicznym mózgu, zna charakterystykę jego poszczególnych elementów – opon mózgowych, móżdżka, żył mózgowych czy płynu mózgowo-rdzeniowego. Dzięki wprowadzonym przez nas danym program wie, które części mózgu są bardziej, a które mniej sztywne, jaką mają gęstość. Pokazuje nam, co się w nim dzieje, jakie jest w nim ciśnienie, przemieszczenie a finalnie obrażenia” – wyjaśnia w rozmowie z PAP dr. inż. Mariusz Ptak z Katedry Konstrukcji i Badań Maszyn na Wydziale Mechanicznym Politechniki Wrocławskiej.

Model ten opracowano w ramach projektu aHEAD, dofinansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Naukowcy odwzorowali go na podstawie dokumentacji medycznej – rezonansów magnetycznych grupy dwuletnich dzieci - informuje Politechnika Wrocławska na stronie internetowej. Naukowcy potrzebowali skanów mózgów, które nie wykazały żadnych zmian – mózgi musiały być zdrowe, by mogły służyć jako podstawa modelu. Ze względu na ograniczone badania dzieci z wykorzystaniem tomografii komputerowej, pełen model głowy – tj. również czaszkę – odwzorowano na bazie danych z rezonansu magnetycznego. Był to bardzo skomplikowany proces, który wykonał mgr inż. Johannes Wilhelm.

Zgromadzeniem rezonansów, a potem stworzeniem na ich podstawie uśrednionych danych dotyczących poszczególnych elementów głowy zajęli się neurochirurdzy z Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego im. J. Mikulicza-Radeckiego we Wrocławiu i z Wojewódzkiego Szpitala Specjalistycznego w Legnicy. Pomocne informacje zespół uzyskał również z Dolnośląskiego Szpitala Specjalistycznego im. T. Marciniaka we Wrocławiu.

Badacze postanowili – informuje wrocławska uczelnia – że opracują model głowy dziecka akurat w wieku dwóch lat, bo jest to czas, kiedy maluchy są już aktywne. Są już narażone na różnego rodzaju urazy, którym można będzie zapobiec, modelując systemy zabezpieczeń jak kaski czy czapki. A do tego właśnie mogą posłużyć wyniki badań wrocławskich naukowców.

Jak tłumaczy PAP dr Mariusz Ptak, dziś testowanie kasku odbywa się tak, że do modelu kasku wkładana jest metalowa kula, w której znajduje się czujnik przyspieszenia. Ten bada, co się dzieje, gdy np. zrzucamy taką kulę z 1,5 metra wysokości. Bierze pod uwagę jednak przede wszystkim przyspieszenia, które zostały w niej zarejestrowane. To zdecydowanie za mało.

„My chcemy robić to zupełnie inaczej. Producent wysyła do nas kask. My skanujemy go w technologii 3D, ewentualnie używamy rentgena technicznego i otrzymujemy model tego kasku na ekranie komputera z jego właściwościami geometrycznymi, a następnie z informacją, z czego jest zrobiony. Do tego dokładamy nasz numeryczny model głowy np. dziecka. Proces zrzucania czy uderzania symulujemy na komputerze. W ten sposób widzimy jak porusza się mózg, tanki mózgowe, płyn mózgowo-rdzeniowy i inne elementy, o których nic nie wiemy, kiedy tylko zrzucimy stalową kulę z dużej wysokości” – opisuje w rozmowie z PAP dr Ptak.

Metoda dokładnego badania wytrzymałości np. kasku w ten właśnie sposób jest konieczna, bo przeprowadzenie analogicznych badań na mózgach osób zmarłych jest kontrowersyjne i problematyczne również moralnie, wymaga wielu zgód. „Taka symulacja pozwala nam sprawdzić zachowanie poszczególnych tkanek w czasie wypadku, a zwłaszcza przejścia fali naprężeń. Dzięki temu wiemy, co się dzieje w mózgu w czasie uderzenia. Dlaczego obrażenia powstają w takim, a nie innym miejscu i dlaczego mają taki rozmiar” – wyjaśnia badacz.

W planach naukowcy mają też budowę modelu głowy osoby w średnim wieku i seniora. Wszystkie modele mają służyć w symulacjach wypadków drogowych. Mogą też pomagać np. w konstruowaniu lepszych kasków dla rowerzystów, motocyklistów i kasków do sportów zimowych.

Naukowcy znaleźli też pomysł na to, jak sprawdzić czy ich model odpowiada rzeczywistości i czy przy symulowaniu wypadku faktycznie pokazuje, jakie procesy zachodzą w głowie poszkodowanego. Najpierw model zweryfikowany zostanie na podstawie literatury, czyli badań nad ludzkim zwłokami, które robiono przed laty.

W kolejnym etapie weryfikacji modelu pomogą naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. W nim jednak wykorzystane będą modele tkanki mózgu świni. Jak zapewnia dr Ptak, tkanka świńskiego mózgu jest bardzo zbliżona do tkanki ludzkiej.

PAP - Nauka w Polsce, Ewelina Krajczyńska

ekr/ agt/