Микромеханический анализ диффузного аксонального повреждения головного мозга

Компьютерные модели являются важным инструментом, который помогает исследователям понимать черепно-мозговую травму. Предложен механистический многоуровневый численный подход для количественной оценки диффузного аксонального повреждения, наиболее важного механизма черепно-мозговой травмы, возникающего при механическом воздействии на микромасштабные участки белого вещества или воксели, где ориентация волокон одинакова. Используя механические свойства одиночного аксона с вязкоупругим определяющим соотношением и его функциональный отказ в виде электрофизиологического нарушения, реализован численный двумерный решеточный метод микроскопического уровня для прямого анализа доли повреждённых аксонов в вокселе, содержащем пучок аксонов с одинаковой ориентацией, при двуосном растяжении. Затем на основе параметров, заданных значениями главной деформации или растяжения и их направлением относительно аксонов, были построены эталонные карты микроповреждения, которые на выходе дают долю повреждённых аксонов в интересующем вокселе. Методика не зависит от статистического анализа данных о несчастных случаях и медицинских отчетов для построения вероятностных кривых риска повреждения при диффузном аксональном повреждении. Избегая структурно детализированной полной конечно-элементной модели головы, в этом исследовании предложен микромеханический подход, который с помощью численного решеточного метода учитывает анатомическую структуру нейрональных аксонов в белом веществе вместе с их механическими свойствами для анализа диффузного аксонального повреждения головного мозга. Эта работа может помочь в разработке более безопасных профилактических средств и более эффективных методов диагностики диффузного аксонального повреждения.