‘Autor: S. Chocron’

Predicción de lesiones cerebrales mediante simulación numérica

Por Sidney Chocron (Senior Research Engineer, Southwest Research Institute, San Antonio, TX, EE.UU)

¿Serán los ordenadores capaces de predecir en el futuro las lesiones que provoca un impacto en la cabeza o cualquier otra zona del cuerpo? Hace dos semanas asistí a una charla en la Universidad de Texas en San Antonio en la que el Dr. Paul Taylor, investigador de Sandia National Laboratories, presentaba un estudio fascinante sobre un tema candente en Estados Unidos: lesiones cerebrales debidas a trauma (TBI por sus siglas en inglés, “Traumatic Brain Injury”), ya sea por un choque con un objeto u otra persona o por hallarse cerca del lugar donde explota una bomba.

Las recientes guerras de Irak y Afganistán han expuesto a muchos soldados americanos a explosiones cercanas de las que aparentemente salían ilesos y por su propio pie. Pero meses después estos mismos soldados han empezado a manifestar problemas graves que se describen de forma genérica como “desórdenes post traumáticos” (“post-traumatic stress disorder”). La razón última de esta enfermedad es todavía un misterio, aunque las resonancias magnéticas funcionales de los pacientes sí parecen desvelar lesiones en ciertas zonas del cerebro.

El objetivo de la investigación del Dr. Taylor es intentar predecir este tipo de lesiones mediante simulaciones numéricas por ordenador. El código empleado en este trabajo se llama CTH y el Dr. Taylor es una de las personas que ha contribuido a desarrollarlo en Sandia. Se trata de un código específico para problemas de impacto en los que las deformaciones alcanzadas son altísimas, del orden de 100% o más. Es por lo tanto un código muy adecuado para las altas deformaciones que se alcanzan en algunos tejidos biológicos.

Figura 1. Imagen tomada de la presentación del Dr. Paul Taylor: http://idl.utsa.edu/invited-lectures/

Desde mi punto de vista el mayor desafío de la investigación presentada fue obtener un modelo muy detallado del cerebro humano. Para ello el Dr. Taylor recurrió al Visible Human Project, un proyecto en el que un reo que fue ejecutado en Texas donó su cuerpo para la ciencia. Nada más ser ejecutado el cuerpo fue congelado y diseccionado en lonchas de un milímetro de espesor desde los pies hasta la cabeza. El Dr. Taylor incorporó toda la información anatómica de la parte de la cabeza y el cuello en el código CTH, con gran detalle (y paciencia). Las propiedades de los distintos materiales que forman el cerebro, los huesos, etc… fueron obtenidas de la literatura y validados de forma global (en su aspecto dinámico) comparando los resultados del modelo con resonancias magnéticas realizadas a estudiantes de doctorado que hacían movimientos bruscos de la cabeza.

Posteriormente el Dr. Taylor realizó simulaciones en las que hizo pasar una onda de choque a través del modelo para ver cómo reaccionaban los distintos tejidos. El paso más complicado, y que quedará para el futuro, es relacionar alguna variable física (presión máxima, deformación equivalente, energía, etc…) del material cerebral con la presencia o posibilidad de una lesión. En cualquier caso los primeros resultados parecen alentadores en el sentido de que zonas que en las simulaciones aparecen como zonas en las que la deposición de energía ha sido alta parecen estar correlacionadas con zonas que aparecen dañadas en las resonancias magnéticas funcionales realizadas en los pacientes

Podéis ver la charla completa y las transparencias en la página web del Laboratorio de Dinámica del Impacto de la Universidad de Texas en San Antonio.

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