Forscher an der Washington University in St. Louis haben Algorithmen entwickelt, um Schwachstellen in Sehnen, Muskeln und Knochen anfällig für Reißen oder Brechen zu identifizieren. Die Technologie, die genau wie möglich zu werden, bevor sie bei Patienten angewendet wird , eines Tages helfen lokalisieren kleinere Stämme und kleine Verletzungen in den Geweben des Körpers , lange bevor größere Probleme auftreten .
Die Forschung ist online verfügbar 27. August in der Zeitschrift der Royal Society -Schnittstelle , die die Forschung an der Schnittstelle von den physikalischen und Life Sciences veröffentlicht .
" Sehnen ständig Stretching wie Muskeln ziehen sie an und Knochen auch verbiegen oder zu komprimieren , wie wir durchführen alltäglichen Aktivitäten ", sagte Senior Investigator Stavros Thomopoulos , PhD, Professor für orthopädische Chirurgie . " Kleine Brüche oder Risse können von diesen Belastungen hervorrufen, die die schweren Verletzungen . Zu verstehen, wie diese Tränen und Risse im Laufe der Zeit ist daher wichtig für die Diagnose und Verfolgung von Verletzungen. "
Zu diesem Zweck Thomopoulos und seine Mitarbeiter entwickelten eine Möglichkeit zur Visualisierung und sogar vorher Stellen, wo Gewebe geschwächt sind . Um dies zu erreichen , gestreckt sie Gewebe und verfolgt , was passiert , wie ihre Formen verändert oder verfälscht wurde .
Erste Autor des Papiers , John J. Boyle , ein Doktorand in der biomedizinischen Technik , kombiniert Maschinenbau Grundlagen mit Bildanalysetechniken, um die Algorithmen, die in verschiedenen Materialien und in Tiermodellen getestet wurden, zu erstellen .
"Wenn Sie sich vorstellen, Stretching Silly Putty oder eine Badekappe mit einem Bild darauf , wie Sie ziehen , wird das Bild verzerrt ", sagt Boyle . " So können wir verfolgen, wie das Material reagiert auf eine äußere Kraft . "
In einer der in der Papier beschriebenen Experimenten gesprüht Boyle ein Muster von Punkten auf Plastikfolie gestreckt ist und verfolgt die Punkte .
" Wie Sie ziehen und strecken die Frischhaltefolie, schließlich Tränen beginnen zu entstehen ", erklärte er . " Der neue Algorithmus erlaubt es uns, die Orte, an denen die Tränen begannen zu bilden und sie zu verfolgen , wie sie erweitert zu finden. Ältere Algorithmen sind nicht so gut zu finden und Tracking lokalisierte Stämme wie die Material erstreckt . "
In der Tat ist einer der beiden neuen Algorithmen 1000 Mal genauer als ältere Methoden zur Quantifizierung sehr große Strecken in der Nähe von kleinen Rissen und Sprüngen , zeigte die Forschung. Und einen zweiten Algorithmus hat die Fähigkeit, vorherzusagen, wo Risse und Fehlschläge werden wahrscheinlich zu bilden.
" Diese zusätzliche Genauigkeit ist entscheidend für die Quantifizierung von großen Stämme ", sagte Guy Genin , PhD, Professor für Maschinenbau und Co- Forschungsleiter der Studie. "Kommerzielle Algorithmen Stamm schätzen oft viel weniger empfindlich, und sie sind anfällig für Rauschermittlung , der von dem Algorithmus selbst eher als aus dem Material entstehen können untersucht. Die neuen Algorithmen können das Rauschen von echten Bereichen großer Stämme unterscheiden sind. "
Thomopoulos , der auch ein Professor für Biomedizinische Technik und des Maschinenbaus, der arbeitet mit Genin auf die Schulter der Rotatorenmanschette , eine Gruppe von Sehnen und Muskeln , die den Oberarm zum Schulterblatt verbinden studieren. Sie wollen lernen , warum manche Operationen zu Verletzungen der Rotatorenmanschette letztlich reparieren scheitern. Ihr Ziel ist die Erhöhung der Quote , dass das Gewebe in der Schulter heilt nach der Operation , und sie glauben, könnten die neuen Algorithmen ihnen helfen, näher an dieses Ziel .
Wie schnell die neuen Algorithmen können bei Patienten verwendet werden, hängt davon ab, immer bessere Bilder von den Geweben des Körpers . Stromabbildungstechniken, wie beispielsweise MRI und Ultraschall , Nicht über die erforderliche Klarheit und Auflösung .
Genin erklärte auch, dass, obwohl das Ziel der aktuellen Studie ist es, besser zu verstehen , wie Kräfte, die auf menschliches Gewebe Verletzungen verursachen und Stress , Auch die Algorithmen könnte dazu beitragen, Ingenieure identifizieren gefährdeten Teile Gebäuden und anderen Bauwerken . Unsere Muskeln und Knochen , sagte er, sind mit den gleichen Stämmen, die diese Strukturen beeinflussen beeinflusst.
" Ob es eine Brücke oder eine Sehne , ist es wichtig , die Möglichkeiten, die physikalischen Kräfte verursachen Strukturen und Gewebe , um so zu verformen , dass wir das Auftreten von Fehlern zu erkennen und schließlich vorhersagen zu verstehen ", sagte er .
Auf lange Sicht , um die Algorithmen verwenden, um weitere Verletzungen nach der Operation bis zu den Knien , Schultern und andere Gewebe zu reparieren verhindern wollen sie . Sie sagten auch, es eines Tages möglich sein, Probleme vorherzusagen , bevor sie auftreten .
Die Gruppe, die früher in diesem Jahr für eine vorläufige Patent angemeldet , hofft die Algorithmen von Nutzen für Forscher in der medizinischen und technischen Bereichen sein .
Video: Wie ein Stück Plastikfolie gedehnt wird, die neue Algorithmen ermitteln die Lage (in rot) , wo es zu schwächen , das ist, wo das Material schließlich bricht :