Hirn-OP: Es ist wirklich Gehirnchirurgie

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Alles ändert sich nach die Chirurgen Ihre Schädel zu öffnen.

Ihr Gehirn, und der Tumor in seinem Inneren, schweben nicht mehr vollständig in ihre schützende Bad des Liquor cerebrospinalis. Schwerkraft kommt ins Spiel, ebenso wie der atmosphärische Druck von der OP-Saal. Das Gehirn reagiert auf diese ausländischen Kräfte der zerebralen Gewebe durchhängen, Rebounds und Formveränderung. Der Tumor, den Neurochirurgen entfernen möchten hat auch Position verändert.

Die präoperative MRT-Bild ist nicht mehr genau genug für Gehirnchirurgie.

So ist das Gehirn, die, dem der Chirurg arbeitet auf, eine andere Form von der in der präoperativen MRT dargestellt. Natürlich, wenn der Chirurg Arbeit beginnt, ändert sich die Form des Gehirns noch mehr.

Die wechselnden Gehirnform ist ein Problem nicht nur Platz, sondern auch Zeit. Ziel ist es, möglichst viel des Tumors und keiner von den gesunden Nervengewebe zu entfernen. Heutigen operativen Verfahren ist zu verfolgen das Gehirn Bewegung durch die Durchführung von MRT-Untersuchungen während der Operation. MRT – Magnetresonanztomographie – ist ein arbeitsintensiver und sorgfältiger Prozess, der Zeit in Anspruch nimmt. Verarbeitung jeder intraoperativen MRT kann das Verfahren so lange wie 90 Minuten zurückgestellt.

"sie sagen mir, die sie nicht selbst sprechen, während das MRI geschieht", sagte Nikos Chrisochoides, Professor für Informatik an das College of William and Mary in Virginia.

Chrisochoides ist der Anführer einer Gruppe, die arbeitet mit einem Team an der Harvard Medical School, Mathematik und Computer macht nutzen, um der Neurochirurg Problem von Raum und Zeit zu lösen.

Modellierung des Gehirns

Im Wesentlichen bietet das William and Mary Team das OP-Team mit einem dynamischen Computermodell des Gehirn des Patienten. In klinischen Studien sagt Chrisochoides, dass sein Team ein neues Modell in sechs oder sieben Minuten, aber hofft, dass in der Lage sein zu tun in weniger als zwei Minuten machen kann.

"Wir wollen helfen, der Neurochirurg eine informierte Entscheidung treffen was zu schneiden, wo die kritischen Pfade sind, welche Bereiche zu vermeiden", sagte er. "Ich bin weder ein Neurochirurg noch einen Arzt, so der Beitrag meiner Forschung zu dieser Destillation von Objekten wirklich, wirklich, wirklich schnell."

Chrisochoides' Lab dominiert eine Projektion-Computer-Monitor dessen Bildschirm nicht fehl am Platz in einem kleinen Multiplex-Theater aussehen würde. Chrisochoides 3-d-Brille für einer kleinen Zielgruppe verteilt, die ein Kollege von der NASA und Andriy Fedorov enthalten, zurückgekehrt Ph.d. Student vor kurzem von 15 Monaten als Vertreter des Teams an der Harvard University.

Chrisochoides nimmt seinen Platz an der Tastatur und der Maus und der große Monitor zeigt eine parietalen Scheibe eines Computer-Netz-Gehirns. Ein bösen aussehende Blob zeigt eindeutig das Vorhandensein des Tumors. Die Gläser geben dem Publikum einen eindrucksvollen 3D-Effekt, zeigen die Kurven der Vektorpfeile wie Verdrängung – vertreten durch Farbe, sowie die Länge der Welle — handelten auf das Gehirn.

Der Prozess beginnt mit dem Erwerb einer Vielzahl von Bildern vor der Operation, die sonst in der Mitte des Verfahrens nicht verfügbar sind. Mit niedriger Auflösung intraoperative Daten ermöglicht die Verfolgung von der Verschiebung der Hirnsubstanz und berechnet, wie die präoperative Bilder entsprechend zu ändern.

Nur eine Vermutung...

Das Gehirn ist natürlich eine elastische Objekt.

"Wenn Sie schieben Sie es," Chrisochoides sagte: "es braucht Energie, und dann nach einer Weile beruhigt sich. Berechnen wir den Ort, wo sie siedelt sich die partielle Differentialgleichung zu lösen. Mathematiker können uns sagen, dass es eine Lösung, aber sie uns nicht sagen können, was die Lösung ist. Es gibt keine solche Sache für diese Gleichung. Es gibt keine analytische Lösung. Also müssen wir anzunähern."

Chrisochoides nähert sich die Geometrie der das Gehirn des Patienten durch Tesselation – Aufteilung in Dreiecke in drei Dimensionen, oder in anderen Worten erzeugen ein Netz, das Gehirn darstellt. Es ist die Arbeit, die NSF hat für die letzten sieben Jahre, die er bei William and Mary hat finanziert, und Anfang dieses Jahres Chrisochoidess Arbeit ihm eine renommierte Guggenheim-Stipendium brachte.

"Diese Gemeinschaft einiges zu meiner Forschung bedeutet", sagte Chrisochoides. "Es ist in der Medizin und Gesundheit, nicht Informatik, wie man erwarten würde, und es wird viel mehr Möglichkeiten für unser Projekt zu öffnen."

Die Mittel werden richten Sie ein neues Zentrum für Echtzeit-Computing am William and Mary und fahren Sie das Design der drei neue Kurse auf medizinische Bildanalyse, etwas, was Chrisochoides übernimmt, als er beginnt, das erste Buch zu schreiben, auf parallele Netzgenerierung.

"Ich freue mich zu sehen, seinen Erfolg in Bezug auf seine wissenschaftliche Arbeit und gesellschaftliche Auswirkungen und die Anerkennung, die er erhielt," sagte Frederica Darema, einer der NSF-Offiziere, Chrisochoidess Bemühungen geleitet hat. "Dies ist ein großartiges Beispiel dafür, wie Computer Sciences Research Auswirkungen auf andere Bereiche und ermöglicht so wichtigen Funktionen, und es ist wirklich toll zu sehen, diese Wirkung in der Medizin."

Anmerkung der Redaktion: Dieser Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), der Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik.