مدل سازي از رفتارهاي مغز شما

[Dr.Akhavan]

  سازي از رفتارهاي مغز  


تهيه كننده : پونه شيرازي

امروزه با پيشرفت هاي چشمگير به دست آمده در علوم مهندسي، زمينه اي مناسب فراهم شده تا ماحصل اين پيشرفت و توسعه، از مرزهاي صنعت فراتر رود و در ساير علوم از جمله پزشکي به عنوان ابزاري قدرتمند شود.
بخشي از اين امر با بررسي مکانيسم صدمات و ضايعات در بدن انسان و فراهم آوردن امکانات مناسب براي ترميم و اصلاح آنها سر و کار دارد.
اما در اين عرصه پيچيدگي هايي وجود دارد که باعث کندي روند پيشرفت شده است. از جمله در بيومکانيک بافتهاي نرم ، بويژه درباره بافتهاي فوق نرم (مانند مغز، کبد و...) رفتار پيچيده حاکم بر آنان توجيه و تفسير بسياري از فرآيندها را با مشکل مواجه کرده است.
از اين ميان ، مغز به عنوان حساس ترين قسمت بدن ، از اهميت ويژه اي برخوردار است. با توجه به گسترش سيستم هايي چون سيستم ناوبري و جراحي به کمک ربات ، اهميت اين مساله دوچندان شده است.
در اين راستا دکتر فرهاد فرمان زا، فارغ التحصيل دانشگاه صنعتي اميرکبير پايان نامه دوره دکتري خود را با هدف بررسي بهتر رفتار حاکم بر بافت مغز و فهم بيومکانيکي صدمات وارد بر آن و به طور خاص هماتوم اپي دورال ارائه داده است. ما نيز با وي به گفتگو نشسته ايم.


با توجه به موضوع پايان نامه تان که بر پيش بيني رفتارهاي مکانيکي مغز استوار است ، ابتدا از پارامترهاي لازم براي پيش بيني مغز بگوييد؟
اين پارامترها در شرايط گوناگون متفاوت هستند. ما در انجام اين تحقيق روي سختي و تراکم پذيري بافت مغز و همچنين نقش بطنها يعني حفراتي که در داخل مغز قرار دارند و نقش تغييرات فشار آنها متمرکز شديم.

تاکنون چه تحقيقات بنيادي اي در اين زمينه صورت گرفته است؟
از آنجا که سر، اغلب به عنوان حساس ترين ناحيه انسان براي تهديد حيات به شمار مي رود، عمده تحقيقات آغازين روي بافت مغز، بر شبيه سازي ضربه به سر استوار بود. از سال 1995تا 2001متوسط 4/1ميليون صدمات مغزي در امريکا اتفاق افتاده است که 20درصد آنها ناشي از حوادث رانندگي بوده است.
اما هم اکنون مدل سازي تروما، شبيه سازي جراحي مغز و اعصاب ، و انطباق ارتجاعي تصاوير پزشکي نيز به اين تحقيقات اضافه شده است.
اين اهداف جديد نياز به دقت بالايي در پيش بيني رفتار بافت مغز دارند. بر اين اساس مدل سازي هاي انجام شده بايد فوق العاده دقيق باشند. به همين دليل ، شبيه سازي مکانيکي بافت مغز از پرطرفدارترين و از طرف ديگر دشوارترين مسائل در مدل سازي بيومکانيکي به شمار مي رود.
درواقع آغاز تحقيقات روي قوانين ساختاري بافت مغز به دهه 1950برمي گردد، اما پيش از سال 1970تنها تعداد معدودي مقاله در مورد خواص مکانيکي بافت مغز منتشر شده بود.
اما بعد از آن ، گروههاي متعددي روي خواص ساختاري بافت مغز متمرکز شده اند و مدلهاي بيومکانيکي متفاوتي براي بافت مغز ارائه شده است.
رفتار مکانيکي بافت مغز اغلب در آزمايشگاه و در برش ، در فشار و در کشش تحليل شده است. خواص بيومکانيکي به دست آمده از اين تحقيقات ، بيش از يک درجه از مقياس باهم تفاوت داشته اند.

در تحقيقات شما اشاره اي نيز به سيستم هاي ناوبري شده است در مورد اين سيستم ها بيشتر توضيح دهيد؟
يکي از مهمترين ويژگي هاي اين سيستم ها، ارتباط دادن محل وسايل جراحي با مشخصات تصاوير حين عمل است ، ولي نقص عمده سيستم هاي موجود در اين است که عضوي که عمل جراحي روي آن در حال انجام است ، يک جسم صلب فرض مي شود و در نتيجه صرف نظر از تغيير شکلهاي حين عمل ، پيدايش خطاهاي قابل توجه در اطلاعات اين سيستم ها اجتناب ناپذير خواهد بود.
براي جبران اين خطاها، استفاده از دو روش تصويربرداري حين عمل و مدل سازي بيومکانيکي مغز پيشنهاد شده است. استفاده از تصويربرداري حين عمل مستلزم به کارگيري تجهيزات بسيار گران قيمت و صرف وقت و هزينه فراوان است.
بنابراين توجه به مدل سازي بيومکانيکي و بهينه سازي مدلها زمينه هدايت تحقيقات جديدي در اين زمينه را فراهم کرده است.
هدف اين تحقيقات عمدتا مساله جبران شيفت با استفاده از يک مدل قابل تغيير شکل است. براي توجيه رفتار مکانيکي مغز در حالات مختلف (ديناميک ، استاتيک و شبه استاتيک) مدلهاي مختلفي پيشنهاد شده است ولي به نقش بطنهاي مغزي و بويژه تغيير فشار داخل اين حفرات کمتر توجه شده است.
بديهي است که توانايي مدل بيومکانيکي مغز در پيشگويي ميزان جابجايي عناصر مغز با توجه به نيروهاي وارده از طرف ضايعات و ابزارهاي جراحي مي تواند در تصحيح لحظه به لحظه اطلاعات سيستم هاي ناوبري حين عمل و افزايش دقت يافته هاي اين سيستم موثر باشد.
علاوه بر اين شبيه سازي جابجايي عناصر مياني مغز بر اثر ضايعات فضاگير حاد يکطرفه ما را در فهم بهتر مکانيسم بيماري زايي چنين ضايعاتي ياري مي دهد. بر اين اساس ما در تحقيقاتمان تلاش براي رفع اين نقيصه کرديم.

اين مطالعه نسبت به تحقيقات گذشته چه برتري هايي دارد؟
عمده تحقيقات انجام شده روي بيومکانيک مغز يا از طريق مدلهاي آزمايشگاهي روي حيوانات بوده است يا روي بافت جسد انسان انجام شده يا حداکثر با استفاده از سيستم هاي ناوبري حين عمل انجام شده است که بيشتر از نشانگرهاي کار گذاشته شده در سطح مغز به منظور بررسي شيفت مغزي استفاده مي کنند.
ما سعي کرده ايم تا با استفاده از هماتوم اپيدورال حاد که نماينده ضايعات فضاگير حاد يک طرفه داخل جمجمه است و با استفاده از مدل سازي الاستيک و در شرايطي که مغز تحت تاثير ساير مداخلات جراحي و بيهوشي قرار ندارد به بررسي جابجايي مغز ونقش بطنها و بويژه فشار داخل آنها بپردازيم.
همچنين تلاش شده است به مناسب ترين خواص الاستيک مغز که بهترين قابليت توجيه پديده هاي فوق را داشته باشد، دست يافته شود.در مطالعات انجام شده با استفاده از سيستم هاي ناوبري از آنجا که جابه جايي هاي موجود در سطح مغز و کورتکس (پس از مداخلات جراحي و بيهوشي) بيش از جابه جايي عناصر عمقي و مجاور بطنهاست ، تنها به بررسي تغييرات سطحي کورتکس پرداخته شده است.

ويژگي ديگر اين تحقيق مقايسه مدل با واقعيت براساس تغيير شکل همين بطنها بوده است.

نتايج حاصل از آن در کدام يک از مراجع علمي و معتبر ارائه شده است؟
ماحصل اين تحيقق در دوازدهمين کنفرانس مهندسي پزشکي ، در مجله علوم پزشکي دانشگاه مازندران و نشريه علمي و فناوري دانشگاه اميرکبير و ژورنال Acta Medica Iranicaبه چاپ رسيده است.
برخي از نتايج آن نيز به مجلات خارجي ارسال شده که در دست بررسي است.

اين مطالعات در چه زمينه هايي قابل توسعه است؟
نتايج اين تحقيق براي ايجاد و توسعه نرم افزاري براي به کارگيري در عملهاي جراحي مغز و اعصاب و اصلاح تصاوير حين عمل براي راهنمايي جراح مي تواند مورد استفاده قرار گيرد که در حال شروع و توسعه اين طرح در صورت مساعدت و همکاري مراجع مربوط هستيم.

برگرفته از وبلاگ دكتر