23.02.2020
PL EN
25.11.2019 aktualizacja 25.11.2019

Komputerowy model głowy dwulatka opracowano na Politechnice Wrocławskiej

Fot. materiały prasowe Politechnika Wrocławska Fot. materiały prasowe Politechnika Wrocławska

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.

"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/

Copyright © Fundacja PAP 2020