مدل سازی از رفتارهای مغز شما

امروزه با پیشرفت های چشمگیر به دست آمده در علوم مهندسی، زمینه ای مناسب فراهم شده تا ماحصل این پیشرفت و توسعه، از مرزهای صنعت فراتر رود و در سایر علوم از جمله پزشکی به عنوان ابزاری قدرتمند شود.

کد خبر: ۹۴۳۷۷

بخشی از این امر با بررسی مکانیسم صدمات و ضایعات در بدن انسان و فراهم آوردن امکانات مناسب برای ترمیم و اصلاح آنها سر و کار دارد.
اما در این عرصه پیچیدگی هایی وجود دارد که باعث کندی روند پیشرفت شده است. از جمله در بیومکانیک بافتهای نرم ، بویژه درباره بافتهای فوق نرم (مانند مغز، کبد و...) رفتار پیچیده حاکم بر آنان توجیه و تفسیر بسیاری از فرآیندها را با مشکل مواجه کرده است.
از این میان ، مغز به عنوان حساس ترین قسمت بدن ، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به گسترش سیستم هایی چون سیستم ناوبری و جراحی به کمک ربات ، اهمیت این مساله دوچندان شده است.
در این راستا دکتر فرهاد فرمان زا، فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر پایان نامه دوره دکتری خود را با هدف بررسی بهتر رفتار حاکم بر بافت مغز و فهم بیومکانیکی صدمات وارد بر آن و به طور خاص هماتوم اپی دورال ارائه داده است. ما نیز با وی به گفتگو نشسته ایم.

با توجه به موضوع پایان نامه تان که بر پیش بینی رفتارهای مکانیکی مغز استوار است ، ابتدا از پارامترهای لازم برای پیش بینی مغز بگویید؛
این پارامترها در شرایط گوناگون متفاوت هستند. ما در انجام این تحقیق روی سختی و تراکم پذیری بافت مغز و همچنین نقش بطنها یعنی حفراتی که در داخل مغز قرار دارند و نقش تغییرات فشار آنها متمرکز شدیم.

تاکنون چه تحقیقات بنیادی ای در این زمینه صورت گرفته است؛
از آنجا که سر، اغلب به عنوان حساس ترین ناحیه انسان برای تهدید حیات به شمار می رود، عمده تحقیقات آغازین روی بافت مغز، بر شبیه سازی ضربه به سر استوار بود. از سال 1995تا 2001متوسط 4/1میلیون صدمات مغزی در امریکا اتفاق افتاده است که 20درصد آنها ناشی از حوادث رانندگی بوده است.
اما هم اکنون مدل سازی تروما، شبیه سازی جراحی مغز و اعصاب ، و انطباق ارتجاعی تصاویر پزشکی نیز به این تحقیقات اضافه شده است.
این اهداف جدید نیاز به دقت بالایی در پیش بینی رفتار بافت مغز دارند. بر این اساس مدل سازی های انجام شده باید فوق العاده دقیق باشند. به همین دلیل ، شبیه سازی مکانیکی بافت مغز از پرطرفدارترین و از طرف دیگر دشوارترین مسائل در مدل سازی بیومکانیکی به شمار می رود.
درواقع آغاز تحقیقات روی قوانین ساختاری بافت مغز به دهه 1950برمی گردد، اما پیش از سال 1970تنها تعداد معدودی مقاله در مورد خواص مکانیکی بافت مغز منتشر شده بود.
اما بعد از آن ، گروههای متعددی روی خواص ساختاری بافت مغز متمرکز شده اند و مدلهای بیومکانیکی متفاوتی برای بافت مغز ارائه شده است.
رفتار مکانیکی بافت مغز اغلب در آزمایشگاه و در برش ، در فشار و در کشش تحلیل شده است. خواص بیومکانیکی به دست آمده از این تحقیقات ، بیش از یک درجه از مقیاس باهم تفاوت داشته اند.

در تحقیقات شما اشاره ای نیز به سیستم های ناوبری شده است در مورد این سیستم ها بیشتر توضیح دهید؛
یکی از مهمترین ویژگی های این سیستم ها، ارتباط دادن محل وسایل جراحی با مشخصات تصاویر حین عمل است ، ولی نقص عمده سیستم های موجود در این است که عضوی که عمل جراحی روی آن در حال انجام است ، یک جسم صلب فرض می شود و در نتیجه صرف نظر از تغییر شکلهای حین عمل ، پیدایش خطاهای قابل توجه در اطلاعات این سیستم ها اجتناب ناپذیر خواهد بود.
برای جبران این خطاها، استفاده از دو روش تصویربرداری حین عمل و مدل سازی بیومکانیکی مغز پیشنهاد شده است. استفاده از تصویربرداری حین عمل مستلزم به کارگیری تجهیزات بسیار گران قیمت و صرف وقت و هزینه فراوان است.
بنابراین توجه به مدل سازی بیومکانیکی و بهینه سازی مدلها زمینه هدایت تحقیقات جدیدی در این زمینه را فراهم کرده است.
هدف این تحقیقات عمدتا مساله جبران شیفت با استفاده از یک مدل قابل تغییر شکل است. برای توجیه رفتار مکانیکی مغز در حالات مختلف (دینامیک ، استاتیک و شبه استاتیک) مدلهای مختلفی پیشنهاد شده است ولی به نقش بطنهای مغزی و بویژه تغییر فشار داخل این حفرات کمتر توجه شده است.
بدیهی است که توانایی مدل بیومکانیکی مغز در پیشگویی میزان جابجایی عناصر مغز با توجه به نیروهای وارده از طرف ضایعات و ابزارهای جراحی می تواند در تصحیح لحظه به لحظه اطلاعات سیستم های ناوبری حین عمل و افزایش دقت یافته های این سیستم موثر باشد.
علاوه بر این شبیه سازی جابجایی عناصر میانی مغز بر اثر ضایعات فضاگیر حاد یکطرفه ما را در فهم بهتر مکانیسم بیماری زایی چنین ضایعاتی یاری می دهد. بر این اساس ما در تحقیقاتمان تلاش برای رفع این نقیصه کردیم.

این مطالعه نسبت به تحقیقات گذشته چه برتری هایی دارد؛
عمده تحقیقات انجام شده روی بیومکانیک مغز یا از طریق مدلهای آزمایشگاهی روی حیوانات بوده است یا روی بافت جسد انسان انجام شده یا حداکثر با استفاده از سیستم های ناوبری حین عمل انجام شده است که بیشتر از نشانگرهای کار گذاشته شده در سطح مغز به منظور بررسی شیفت مغزی استفاده می کنند.
ما سعی کرده ایم تا با استفاده از هماتوم اپیدورال حاد که نماینده ضایعات فضاگیر حاد یک طرفه داخل جمجمه است و با استفاده از مدل سازی الاستیک و در شرایطی که مغز تحت تاثیر سایر مداخلات جراحی و بیهوشی قرار ندارد به بررسی جابجایی مغز ونقش بطنها و بویژه فشار داخل آنها بپردازیم.
همچنین تلاش شده است به مناسب ترین خواص الاستیک مغز که بهترین قابلیت توجیه پدیده های فوق را داشته باشد، دست یافته شود.در مطالعات انجام شده با استفاده از سیستم های ناوبری از آنجا که جابه جایی های موجود در سطح مغز و کورتکس (پس از مداخلات جراحی و بیهوشی) بیش از جابه جایی عناصر عمقی و مجاور بطنهاست ، تنها به بررسی تغییرات سطحی کورتکس پرداخته شده است.

ویژگی دیگر این تحقیق مقایسه مدل با واقعیت براساس تغییر شکل همین بطنها بوده است.

نتایج حاصل از آن در کدام یک از مراجع علمی و معتبر ارائه شده است؛
ماحصل این تحیقق در دوازدهمین کنفرانس مهندسی پزشکی ، در مجله علوم پزشکی دانشگاه مازندران و نشریه علمی و فناوری دانشگاه امیرکبیر و ژورنال Acta Medica Iranicaبه چاپ رسیده است.
برخی از نتایج آن نیز به مجلات خارجی ارسال شده که در دست بررسی است.

این مطالعات در چه زمینه هایی قابل توسعه است؛
نتایج این تحقیق برای ایجاد و توسعه نرم افزاری برای به کارگیری در عملهای جراحی مغز و اعصاب و اصلاح تصاویر حین عمل برای راهنمایی جراح می تواند مورد استفاده قرار گیرد که در حال شروع و توسعه این طرح در صورت مساعدت و همکاری مراجع مربوط هستیم.