מודליית ההשפעה הביומכנית של תבנית רקמות צלקות לאחר הניתוח

מבוא ל-Scartissue and its Formation

התערבות כירורגית, בין אם בחירה או מופיעה, באופן בלתי נמנע משבשת את שלמות הרקמות.תגובת הגוף לפציעה זו היא אטרקציה מורכבת, מוסדרת מאוד של משיכת הפצעים, אשר מגיעה לשיאה היווצרות של רקמת צלקת.תהליך זה, הידוע בשם fibrosis, מתחיל עם רציפות ודלקת, ולאחר מכן פיתוח של שלב יעיל של פיברסטולס אל תוך הפצע.

המשמעות הקלינית של צלקות לאחר הניתוחים מרחיבה מעבר לדאגות קוסמטיות. adhesions, חוזה קסמי סביב שתלים, נוטה adhesions, ואת הפיברוזיס היקפי הם דוגמאות שבו רקמות צלקת פוגעות בתפקוד וגורם לכאב.ניתוח אינטנסיבי, למשל, היווצרות רקמות צלקת בתוך קפסולה משותפת יכולה להגביל טווח תנועה ולתרום ל- arthrofisis, ניתוח בעיות דלקתיות אלה, אך לעתים קרובות.

שינויים ביומכניים בשל צלקות

התכונות המכאניות של רקמת הצלקות שונות במידה ניכרת מאלה של רקמות בריאות על פני קשקשים מרובים. בסולם המאקרו, צלקות משתנות בדרך כלל נוקשה יותר (מודולולוס גמיש גבוה יותר) ופחות נשגב.זה גדל הנוקשות נובעת מרשת ההתנגשות הצפופה והמפולגת של הרקמה הקומפקטית הזו, כאשר רמות הדחיסות הגבוהות יותר של ECM-link-D.

הוויקינגסטיות, התגובה התלת-זמן לטעון, היא גם נפגעת.התערות של רקמות מפחידות מופחתות הרפיה בלחץ בהשוואה לרקמות הילידים, כלומר היא מפצה אנרגיה פחות יעילה במהלך טעינה מחזורית.עבור מבנים כמו נוטה ורצועות, שבדרך כלל מאחסנים ומשחררים אנרגיה תוך כדי ייבוש, אובדן זה של יעילות מולקולארית יכול להגדיל את הסיכון של קרע סביב האתר, כמו גם לא-מסוגלטרה-יתר, כי לעתים קרובות, עקב הפרעה בריאה יותר.

במיקרוסקאות, ארכיטקטורת ECM המשונה משפיעה על ה- mchanotransduction של תאים (Pibroblasts ותאים אחרים המוטבעים ברקמות צלקות חווים רמזים מכניים שונים (למשל, נוקשות תת-קרקעית, גודל מתיחה), אשר יכול להנציח phenotype fibrotic (החומרים של phenotype) (20 מעלות) יוצר לולאה משוב: סביבת הצלקות מקדמת התכווצות נוספת של ECMVLTposition ו, החמרה ביולוגית, מהצורה ביולוגית עמוקה יותר, אשר משפרת את המאופיינת בתבניות של דחיסות של דחיסות של דחיסות של דחיסות גבוהה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, למולקולות מורכבות יותר, למולקולות מורכבות יותר, כדי למולקולות מורכבות יותר, כדי לאבחון חומרים אלה, כדי לאבחון של דחיסות של דחיסות ביולוגית, כלומר, כלומר, כדי לאבחון חומרים אלה, כדי לאבחון חומרים אלה, כדי לשלב את האינטראקציות מרובות של ⁇ (Dic) לכדי ⁇ (Dicial של תכונות מורכבות יותר, כלומר, כלומר, עבור תכונות מורכבות (DMT) לאבחון של phenFicial של דחיסות (מסוג של ⁇ ) לאבחון (DMT

מודלים

ניתוח יסודות Finite Element Analysis (FEA)

המסגרת החישובית הנפוצה ביותר ללימוד ביומכניקה צלקת היא ניתוח יסוד סופי (FEA) מרתיעה דומיין מתמשך (למשל, יחידת שרירים או תיקון עור) לאלמנטים קטנים, כל אחד עם תכונות חומריות מוגדרות, ומפתור את המשוואות המסדירות של מכניקה מוצקה.

לדוגמה, במחקר של תיקון גמישים, מודלים FEA משלבים חומר דמוי צלקת באתר התיקון הוכיחו כי נוקשות צלקות מוגברת מעלה התנגדות ניתוק ומשנות את טיול נוטה בעור, FEA שימש כדי לדמות התמוטטות הפצע תחת מתח וחיזוי השדה וכתוצאה מכך, אשר מתואם עם עודף משקל.

מודלים מתאימים ל-Scar Tissue

נאמנותה של FEA תלויה בביקורתיות במודל החוקתי שנבחר לייצג רקמת צלקות.מודלים ליסטיים פשוטים אינם מספיקים כי הם לא יכולים ללכוד את הלא לינארי, מולקולטי, ואת ההתנהגות האנסוטרופית. מודלים היפרלטיים פופולריים כגון התפזר ניאו-Hookean, Mooney-Rivlin, או Ogden יכול לתאר לא לינאריות אלא דורשות לנתונים ניסיוניים עבור צלקות-חולית, בתחילה, אשר פותחו פרמטרים, אשר פותחו את הספקטרום של האמנות.

ויסקיפטיות היא לעתים קרובות מודל באמצעות הרחבת סדרת Prony נגזרת מניסויים בהרגעה מתח. לחלופין, גישה פוארוגנטית או דו-phasic מתייחסת לרקמות כ מוצקה נוזלית, לוכדת את זרימת הנוזלים התלת-זמן של DT אשר תורמת לסימולציה מסוימת של סימולציה ורגיעה.זה רלוונטי במיוחד ברקמות edematous או inflamed. Antroyotropy יכול להיות מקודמת על ידי שימוש בדגם דינמיטציה מתקדמת של תרופות אלה.

פרדוקסים ואוסף נתונים

מודלים קבועים כוויות מכניים דורש מתח פרמטר חזק, אשר בתורו דורש נתונים ניסיוניים באיכות גבוהה. ⁇ - מקיפים בדיקות מכניות נוקשות - מתח נפשי, מתח נפשי, הזדהות, ובדיקות הרהר - מספקים עקומות מהירות הלחץ, משככי מתח, פונקציות הרפיה, ונכסים כישלונות.

Imaging ממלא תפקיד כפול: הוא מספק נתונים גאומטריים לדור mesh (MRI, CT, אולטרסאונד) ונתונים מבניים עבור aisotropy (DTI, מיקרוסקופית אור מקוטב של biopsies) עבור זיהוי פרמטרים פרמטרים, ניתוח אלמנט סופי הפוכה (iFEA) הוא שיטה רבת עוצמה. in iFEA, מודל ראשוני פועל עם פרמטרים ניסיוניים, וזיהוי אלגוריתמים סימולציה הוא בהשוואה לאבחון גנטי (iFD) בין אלגוריתמים מרובים של בדיקת חומרים (D) בין אלגוריתמים).

יישומים וכיוונים עתידיים

יישומים קליניים

המטרה הסופית של מודלים ביומכניקה צלקות היא לשפר את הטיפול בחולי. בתכנון כירורגי, סימולציה יכולה לחזות כמה טכניקות הסגר שונות - למשל, סגירה שכבתית לעומת הפחתה של מתח - להעצים את שדה הלחץ וכתוצאה מכך היווצרות צלקות.לתליקונים מתעוררים, מודלים יכולים לייעל את המספר והתצורה של תבעות ליבה כדי למזער פערים הקשורים לאבחון או ללקות על גבי מודלים של מחלות, כאשר הם מסייעים להפחתה של תהליכים מכניים, כדי למנוע החלמה באופן בלעדי של מודלים של תהליכים מכניים.

יישום מבטיח נוסף הוא בפיתוח תרופות והקרנה. חברות תרופות להשתמש במודלים חישוביים כמו בדיקות וירטואליות כדי להעריך את היעילות של סוכנים אנטי-fibrotic. על ידי הדמיה של תאים ורקמות רמות של תרופה מועמד - למשל, צמצום ההתפשטות fibroblast, סינתזה קולגן, או cross-linking - מודלים יכול לחזות שינויים בצטלקות ותוצאות פונקציונליות זה היה להפחית את ההשפעות נוגדות סרטן השד, כמו גם את ההשפעות נוגדות סרטן, 000 מבטיחות, 000.

טכניקות מתפתחות: Machine Learning ו- Multiscale Modeling

עתידם של ביומכניקה צלקות המדגמים שקרים בשילוב למידת מכונה (ML) עם סימולציות המבוססות על פיזיקה. אלגוריתמים ML יכולים ללמוד מערכות יחסים מורכבות, לא ליניאריות בין משתנים קליניים (למשל, גיל, מצב עישון, אתר כירורגי, חומר צמחי) ותוצאות ביוכימות של נתונים גדולים של תוצאות פציינטים.

מודלים בקנה מידה גדול - קישור אירועים בקנה מידה מולקולרי, סלולרי ורקמות - הוא עוד גבול.במאז המאזניים הקטנות ביותר, סימולציות מולקולריות יכולות לחזות את הנוקשות של חומרים מפוזרים בודדים ואת הכוח של קישורים צלביים (ברמה התאית) למנוע התקדמות אדורגית (pre) לאחור, מודלים המבוססים על פי שרירנים, התפשטות ו- ECMposition בתגובה לרמזים מכניים מקומיים אלה).

אתגרים ו- Outlook

למרות ההתקדמות הזו, כמה אתגרים נותרו.המחסור בנתונים של צלקת חומריים של צלקות אנושית מגבילים את אימות המודל.רוב המודלים מאומתים נגד נתונים של חיים או נתונים של בעלי חיים, אשר עשויים לא לתרגם באופן מלא.יתר על כן, תהליך הריפוי הוא דינמי: תכונות מכניות משתנות לאורך ימים, שבועות, חודשים כמו הצטלקות מודלים נוכחיים לעתים קרובות להניח תכונות קבועות, אבל מודלים של מנגנונים תלויי זמן הם הכרחיים אחר חישובי, כלומר, דורשות, לחץ עלות, עם עלויות חישוביות, אך הן יכולות להפחית את רמות מחשוב מרובות, אך הן יכולות להיות נמוכות יותר, אך הן יכולות להפחית את רמות מחשוב, אך הן יכולות להיות נמוכות יותר, אך הן יכולות להיות נמוכות יותר, אך הן דורשות, אך הן יכולות להפחית את המשאבים של חומרים מכוונות, אך הן דורשות, אך מודלים של חומרים ממחשב, אך הן דורשות, אך הן דורשות, אך הן יכולות להיות נמוכות יותר, אך מודלים של חומרים מכוונות, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, אך מודלים של חומרים מטבוליות

מאמצים מתקדמים לקביעת פרוטוקולים סטנדרטיים לאימות מודלים ולאימות מודלים, כגון אלה המוצעים על ידי ASME V & V 40 סטנדרטי עבור מודלים חישוביים בפיתוח מכשירים רפואיים.שיתוף פעולה בין ביומכניקה, מנתחים, רדיולוגים, ומדענים נתונים חיוני להמיר את המודלים האלה לכלים שימושיים קלינית.כפי שרפואה אישית ממשיכה להתפתח, מודלים חישוביים של חומרים ביו-מכניים יהפכו לחלק בלתי נפרד של ניתוח שיקום, ושיפור של מחלות נפש לכל אחד ממיליוני חולים.

• (FLT:0) הבנה של מכניקת רקמות מגנט 1) באמצעות מודלים מאומתים מגשרים את הפער בין מדע בסיסי לבין תרגול קליני.
• (ב) ,0) שיפור תכנון כירורגי של FLT:1, באמצעות סימולציות ספציפיות לחולה מפחית סיבוכים כגון דבקים ונוקשות משותפת.
• ניתן לייעל את פרוטוקול שיקום אישי (FLT:0) לייעל את גירויים מכניים המקדמים מחדש של צלקות חיובית.
• (ב) ⁇ :0) התפתחות טיפולים אנטי-פרוביטיים (FLT) 1 מואצת באמצעות בדיקת סיליקו ותובנה מכניסטית.

המשך התקדמות במודל חישובי, בשילוב עם אימות ניסיוני ושילוב של למידת מכונה, יוביל לניהול טוב יותר של היווצרות רקמות צלקות והשלכות הביומכניות שלה.הנתיב קדימה דורש מחויבות מתמשכת למחקר בין-תחומי והתמקדות בתרגום תחזיות מודל לכלים קליניים הניתנים להפעלה.