Nowe algorytmy do identyfikowania słabych punktów tkanek

Za pomocą nowej technologii z Uniwersytetu Jerzego Waszyngtona w St. Louis da się zidentyfikować słabe punkty tkanek, gdzie może dojść do przetarcia czy złamania mięśni, kości i ścięgien.

Zanim trafi do pacjentów, metodę trzeba jeszcze doszlifować, ale już teraz wiadomo, że pewnego dnia pomoże w wykryciu drobnych naprężeń i urazów, nim ujawni się poważniejszy problem. Dywagując o przyszłych zastosowaniach, naukowcy wspominają również o budownictwie.

"Ścięgna są stale rozciągane przez mięśnie, kości także wyginają się bądź ulegają ściśnięciu w trakcie wykonywania codziennych czynności. W wyniku obciążeń mogą powstawać drobne pęknięcia [...], które prowadzą do poważniejszych urazów. Zrozumienie, jak te rozdarcia rozwijają się w czasie, jest ważne dla diagnozowania i monitorowania urazów - podkreśla dr Stavros Thomopoulos.

Mając to na uwadze, Thomopoulos i inni opracowali metodę wizualizowania, a nawet przewidywania punktów osłabienia tkanek. W tym celu rozciągali tkanki i patrzyli, co się dzieje, gdy ich kształt się zmienia/ulega zaburzeniu.

By stworzyć algorytmy testowane na różnych materiałach i na rozmaitych modelach zwierzęcych, student John J. Boyle wykorzystał zdobycze zarówno inżynierii mechanicznej, jak i metody analizy obrazu.

W jednym z eksperymentów na folii polimerowej nasprajowano wzór z kropek. Materiał rozciągano, patrząc, co dzieje się z kropkami. W miarę ciągnięcia zaczynają się pojawiać rozdarcia. Nowy algorytm pozwolił nam wskazać miejsca, gdzie zaczynają się one tworzyć i śledzić ich powiększanie. Starsze algorytmy nie są tak dobre w wykrywaniu i monitorowaniu zlokalizowanych naprężeń przy rozciąganiu materiału. Jeden z 2 nowych algorytmów jest 1000-krotnie lepszy od starszych metod w pokazywaniu bardzo dużych naprężeń, występujących w pobliżu drobnych pęknięć. Drugi pozwala przewidzieć, gdzie rozdarcia prawdopodobnie powstaną.

Komercyjne algorytmy do oceny naprężeń są o wiele mniej wrażliwe i podatne na wykrywanie szumu związanego z samym algorytmem, a nie badanym materiałem. Nowe algorytmy mogą odróżnić szum od prawdziwych rejonów naprężeń - wyjaśnia dr Guy Genin.

Thomopoulos i Genin badają obecnie pierścień rotatorów, grupę 4 mięśni pokrywających głowę kości ramiennej. Chcą ustalić, czemu w niektórych przypadkach operacja nie przynosi pożądanych skutków. Celem jest zwiększenie szans, że tkanka zagoi się prawidłowo. Algorytm ma zaś w tym pomóc.

Czas, kiedy nowe algorytmy zostaną wykorzystane u pacjentów, jest uzależniony od poprawy jakości obrazów tkanek. Obecne techniki, takie jak rezonans magnetyczny czy USG, nie zapewniają wymaganej rozdzielczości i jasności.

algorytm słaby punkt rozdarcie uraz monitorowanie przewidywanie tkanka mięśnie kości ścięgna John J. Boyle Guy Genin Stavros Thomopoulos