Студенты МИСиС создали «фантом» человеческого мозга

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 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».