Новая компьютерная модель для диагностики сотрясений мозга

НОВАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ
ДИАГНОСТИКИ СОТРЯСЕНИЙ МОЗГА СРЕДИ
СПОРТСМЕНОВ
Сотрясения мозга в спорте сейчас сильно беспокоят врачей и специалистов, но
эксперты в области здравоохранения не знают, какие именно удары, столкновения
и неудачные движения головы представляют наибольшую опасность для мозга.
Чтобы выяснить это, инженеры Института Джона Хопкинса разработали новый
мощный компьютеризированный инструмент, который помогает выявить опасные
условия, приводящие к травмам головного мозга. Новый метод позволит открыть
новые возможности лечения и внести некоторые изменения в спортивные правила
с целью снижения травм мозга среди игроков.
Исследование было проведено именно сейчас, когда диагностика и профилактика
травм головы среди спортсменов находятся в центре повышенного внимания.
Некоторые виды травм головы, чреватые долгосрочными последствиями для
здоровья, трудно увидеть с использованием стандартных диагностических методов
визуализации. Сотрясения мозга, которые когда-то считались краткосрочными
состояниями, оказалось, могут грозить серьезными нарушениями мозга.
«Травмы в результате сотрясений мозга могут происходить даже без физического
контакта с головой и повреждений кожи», - сказал K.T. Рамеш, профессор науки и
техники Алонзо Г. Деккера -младшего, который руководил исследованием в
Университете Джона Хопкинса. «Представьте футболиста, шатающегося после
серьезного столкновения. У человека происходит нарушение когнитивных
функций, но только КТ или МРТ позволят определить, где именно и какой ущерб
был нанесен мозгу. Не имея представления о реальной картине произошедшего,
нельзя понять, как лечить пациента».
Чтобы помочь врачам, Рамеш возглавил команду, использовавшую мощную технику
под названием тензор диффузии изображений, вместе с компьютерной моделью
головы, для определения поврежденных аксонов, являющихся крошечными, но
важными волокнами, передающими информацию от одной клетки мозга к другой.
Эти аксоны сосредоточены в мозговой ткани, известной как "белое вещество", и
могут быть повреждены во время так называемых легких черепно-мозговых травм,
которыми являются сотрясения. Команда Рамеша показала, что повреждение
аксонов вероятнее всего происходит при сильных вращениях головой, и метод,
предложенный исследователями, поможет рассчитать, какие части мозга наиболее
подвержены травмированию при конкретном событии.
Команда описала свою технику в январском выпуске журнала Journal of
Neurotrauma. Ведущий автор, Рика М. Райт, сыграл важную роль в исследовании,
параллельно завершая работу над своей докторской диссертацией в Инженерной
школе Уайтинга при университете Джона Хопкинса, под руководством Рамеша. Райт
в настоящее время является научным сотрудником в Университете КарнегиМеллона. А Рамеш продолжает проводить исследования с использованием своей
техники в Университете Джона Хопкинса при поддержке Национального института
здоровья.
Помимо использования для оценки боевых и спортивных травм, работа может
иметь более широкое применение, например, для обнаружения аксонального
повреждения у пациентов, получающих черепно-мозговые травмы в дорожнотранспортных происшествиях или в результате серьезных падений. «Сотрясение
мозга может проявиться в течение нескольких недель», - сказал Рамеш. «Пока вы
проводите оценку симптомов, может стать поздно для некоторых эффективных
видов лечения. Но если вы сразу будете знать, что и где именно произошло, Вы
сможете начать лечение в правильном направлении».
Вооружившись этими знаниями, Рамеш и его коллеги хотят использовать свой
новый метод для изучения спортсменов, в частности, футбольных и хоккейных
игроков, которые подверглись толчкам или ударам во время игры, вызвавшим
резкие вращения головы из стороны в сторону. В недавней статье журнала, авторы
отмечают, что сейчас осуществляется видеозапись многих профессиональных
спортивных соревнований с разных углов. Это позволит им восстановить историю
движений, происходящих при спортивных столкновениях, которые привели к
наиболее серьезным травмам головы.
Авторы также отметили, что некоторые спортивные команды оснащают своих
игроков шлемами или каппами со встроенными датчиками, позволяющими измерить
ускорение головы при ударе. Такие данные совместно с компьютерной моделью,
предложенной
исследователями,
помогут
определить
вероятные
места
повреждения головного мозга. По словам авторов, эти результаты, в сочетании с
нейропсихологическими тестами, могут быть использованы для лечения и
реабилитации спортсменов, и также при принятии решения о возвращении
спортсмена в игру. Эта стратегия также должна помочь уменьшить риск, связанный
с дегенеративными заболеваниями в результате повторных сотрясений.
Необходимо провести дополнительные исследования, испытания и проверки
прежде, чем эта компьютерная модель сможет применяться в клинической
практике.
Это
включит
испытания
на
животных
и корреляцию данных
восстановленных событий, чтобы убедиться, что модель точно выявляет черепномозговые травмы.
По возможности, Рамеш хотел бы получать цифровые изображения мозга
спортсменов до участия контактных видах спорта. «Тогда мы будем иметь
возможность наблюдать за этой группой повышенного риска и подробно
отслеживать эту травму головы», - сказал он. «А также видеть то, как меняется
мозг спортсменов, благодаря исходным изображениям. Эта информация послужит
отправной точкой для врачей, проводящих лечение после травмирования».
Помимо Райта и Рамеша, соавторами исследования выступили Анрю Пост и Блейн
Хошизаки, из Научной библиотеки по воздействию нейротравм, Кафедры по
кинетике человека, Университета Оттавы, Канада. Финансирование исследования
было предоставлено Национальным научным фондом и центром перспективных
металлических и керамических систем Школы Уайтнинга. Рамеш является
основателем и директором Института экстремальных материалов имени Хопкинса,
частью которого является этот центр.
Рамеш и Джерри Л. Принс, профессор электро- и вычислительной техники в
Университете Джона Хопкинса, который тоже вошел в состав команды, недавно
получили пятилетний грант размером в $ 2,25 млн. от Национального института
здоровья, который позволит им продолжить исследование травматических
повреждений головного мозга и совершенствование методов профилактики и
лечения.