建模与乐高积木的大脑

大学的研究人员卢森堡,在斯特拉斯堡大学合作,开发出了一种计算方法,可以用来指导外科医生在脑部手术。

外科医生经常在黑暗中操作。他们有一个有限的器官的表面,并能通常不明白谎言隐藏在里面。质量的图像通常可以采取手术前,但只要操作开始时,外科医生的目标的位置,他必须避免高风险区域,不断变化。这就迫使从业者在导航时依靠他们的经验手术器械例如,删除一个肿瘤在不损害健康的组织或切断重要的血液供应。

Stephane borda计算力学教授科学的教师,大学的技术和通信卢森堡,和他的团队开发了训练的外科医生的方法,帮助他们排练等复杂的操作和指导他们在手术中。要做到这一点,团队开发的数学模型和数值算法来预测变形的器官在手术和提供信息目标的当前位置和脆弱的地区。这样的工具,后者几乎可以排练一个特定的操作意识到潜在的并发症。

大脑是一个复合材料,由灰质、白质和流体,研究人员利用医学影像数据,如核磁共振大脑分解成子卷,类似乐高积木。每个乐高积木块的颜色取决于材料它代表:白色、灰色或流体。这个黄衫军的“数字乐高大脑”由成千上万的这些相互作用和变形块用于计算器官的变形作用下的外科医生。越阻断大脑研究人员使用模型,更准确的模拟。然而,它变得更慢,因为它需要更多的计算能力。为用户,因此,重要的是找到正确的平衡精度和速度,当他决定有多少块使用。

borda教授的关键方面的工作是它允许,第一次,控制精度和计算时间的模拟。“我们发明了一种方法,可以节省时间和金钱给用户,告诉他们这些乐高积木的最小大小应该保证一个给定的精度水平。例如,我们可以肯定地说:如果你能接受百分之一百一十的误差范围然后你的乐高积木应该最大1毫米,如果你可以有百分之二十可以使用5毫米的元素,”他解释说。“该方法有两个优点:你有一个估计的质量,你可以计算工作量只关注领域是必要的,从而节约宝贵的计算时间。”

随着时间的推移,研究者的目标是为外科医生提供一个解决方案,可以使用在操作期间,不断更新的实时仿真模型与数据的病人。但是,borda教授表示,这是意识到之前还需要一段时间。“我们仍然需要开发健壮的方法来估计每个乐高块代表的力学行为大脑。我们还必须开发一个用户友好的平台外科医生可以测试,告诉我们如果我们的工具是有用的,”他说。

研究人员发表了他们的发现IEEE生物医学工程