Команда студентов НИТУ «МИСиС» разработала «фантом» человеческого мозга —модель из гидрогеля со структурным и механическим подобием реальному органу. «Фантомозг» позволит студентам изучать патологическую анатомию тканей, а практикующим нейрохирургам — проводить тренировочное оперативное вмешательство.
Нейрохирургические операции — колоссально сложный процесс, требующий от врача предельного понимания структуры головного мозга, природы и формы патологии, допустимых границ вмешательства. Даже нейрохирурги с многолетним опытом могут испытывать трудности, столкнувшись с редким клиническим случаем, будь то труднодоступная локация опухоли, обширный инсульт или особенно крупная гематома.
На сегодняшний день у хирургов и студентов есть три основных способа изучать объемную структуру органов: через 3D-симуляцию в VR, на кадаврах (то есть, человеческих телах), а также при помощи фантомов — моделей органов в натуральную величину. У каждого из способов есть свои недостатки — так, VR-технологии по-прежнему очень дорогие, и не дают оператору в полной мере прочувствовать процесс операции физически. Использование кадавров негуманно, к тому же мертвые ткани сильно «теряют» в характеристиках. Фантомы — наиболее оптимальный вариант, однако на сегодняшний день их изготавливают из силикона, который сильно отличается от органических тканей по механическим характеристикам.
Студенты НИТУ «МИСиС» предложили альтернативный вариант изготовления фантома человеческого мозга — из гидрогеля — на основе данных компьютерной и магнитно-резонансной томографии пациента. Первый этап — 3D-реконструкция с последующей печатью полимерного негатива. Затем на основе негатива изготавливается силиконовая форма, в которую заливается гидрогель (поливиниловый спирт и агароза). Полученная заготовка помещается вначале в морозильную, а затем в холодильную камеру. Общее время изготовления такого фантома — порядка 30 часов.
Пробный образец представлял собой уменьшенную копию (1:4); механические испытания показали, что предел прочности фантома почти соответствует полушариям человеческого мозга — 87 кПа против 100 кПа. Далее команде предстоит работа над структурной имитацией других отделов мозга (мозжечок, средний мозг, продолговатый мозг, мост), а также увеличением модели до размеров 1:1. Кроме того, планируется добавить в фантомозг имитацию сосудов и патологических изменений: опухолей, кровяных сгустков, бляшек.
Работы ведутся в Центре композиционных материалов НИТУ «МИСиС» и Сколтехе при поддержке благотворительного фонда «Искусство, наука и спорт».
Состав команды:
Евгений Статник
Семён Игнатьев
Валерий Торохов
Варвара Егорова
Научный руководитель проекта — доцент кафедры физической химии НИТУ «МИСиС» Алексей Салимон.
