ANALIZA MORFOMETRYCZNA GŁOWY DZIECKA PRZY UŻYCIU

Michał LOS, Koło naukowe BIOKREATYWNI przy Katedrze Biomechatroniki,
Politechnika Śląska, Gliwice
Wojciech WOLAŃSKI, Katedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Gliwice
Ewa STACHOWIAK, Katedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Gliwice
Dawid LARYSZ, Instytut Onkologii im. Marii Skłodowskiej Curie, oddział w Gliwicach
Marek GZIK, Katedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Gliwice
ANALIZA MORFOMETRYCZNA GŁOWY DZIECKA PRZY UŻYCIU
SKANERA 3D
MORPHOMETRIC ANALYSIS OF THE CHILD'S HEAD USING A 3D
SCANNER
Słowa kluczowe: modelowanie żołnierza, analiza biomechaniczna, fala
uderzeniowa
1. WSTĘP
Na początku XX wieku kiedy diagnostyka wad głowy dziecka zaczęła się rozwijać,
podstawowe objawy można było zaobserwować gołym okiem zaraz po urodzeniu. Były to
asymetrie czaszki, zmniejszony obwód głowy, szerokie rozstawienie oraz wytrzeszcz oczu.
Obserwacja rozwoju i zachowania niemowląt w dużym stopniu ułatwiała i zdecydowanie
wpływała na ostateczną diagnozę [1]. Rozwój technologii diagnostycznej umożliwił
bezpośrednie pomiary czaszek z klisz rentgenowskich. Na ich podstawie dokonywano
pomiarów
kefalometrycznych,
które
umożliwiały
wyznaczenie
wskaźników
antropometrycznych np. indeks cefaliczny [2]. Była to pierwsza ilościowa ocena wad, która
umożliwiała rozpoznanie dysmorfii czaszki. Milowym krokiem w diagnostyce deformacji
głowy dziecka było wprowadzenie technologii tomografii komputerowej (TK), która łącząc
rentgenografię z techniką komputerową pozwala otrzymać trójwymiarowe obrazy
prześwietlanego organu na podstawie wykonanych zdjęć rtg. Największą wadą tego typu
badań jest fakt, iż promienie rentgenowskie mogą wywoływać skutki uboczne, gdy zostanie
przekroczona dozwolona dawka napromieniowania w określonym czasie.
W obecnym czasie pojawiły się alternatywne metody skanowania 3D charakteryzujące się
praktycznie zerową inwazyjnością. Głównymi zaletami tych technologii jest uniwersalność
oraz duża dokładność pomiarowa, przez co mają powszechne zastosowanie. Ciągły rozwój
i modernizacja skanerów 3D sprawia, że również mogą być używane do badań medycznych
dzięki coraz większej precyzji odwzorowania badanego obiektu. W ramach pracy
przedstawiono analizę morfometryczną głowy dziecka na podstawie skanów 3D. Wyniki
badań umożliwią opracować ilościowe wskaźniki, które będą pomocne przy diagnozowaniu
wad głowy dziecka. Badaniach dotyczące morfometrii głowy pozwolą również na
zrozumienie złożoności rozwoju głowy i wpływu kształtu na rozwój mózgu i twarzoczaszki.
XII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 68
2. BADANIE MORFOMETRII GŁOWY DZIECKA
Dzięki współpracy Katedry Biomechatroniki z Górnośląskim Centrum Zdrowia Dziecka
w Katowicach w badaniach uczestniczyło 30 dzieci, u których wcześniej zdiagnozowano
wady kształtu głowy. Jako narzędzie do wykonywania analiz morfometrycznych posłużył
skanera 3D MEGACAPTUROR II firmy Creaform oraz oprogramowanie Mimics Innovation
Suite firmy Materialise. W większości przypadków badania skanowania i późniejsze analizy
antropometryczne były przeprowadzane w kilkumiesięcznych odstępach czasowych.
Pierwszy etap badań polegał na skanowaniu głowy dziecka. Stworzony na tej podstawie
trójwymiarowy model 3D głowy poddany był analizie antropometrycznej. Na modelu
wyznaczono charakterystyczne punkty antropometryczne oraz zmierzono odległości między
nimi, które posłużyły do wyznaczenia indeksów antropometrycznych (m.in. indeks
cefaliczny). Dodatkowo mierzono obwód głowy oraz jej objętość, a otrzymane wyniki
porównywano z wcześniejszymi pomiarami dla danego dziecka (Rys.1).
1,8
Wiek -
6
8
10
12
22 [m]
Wartość indeksu
1,5
1,2
0,9
0,6
0,3
0
I1
I2
I3
I4
I5
Wskażnik antropometryczny
I6
I7
Rys. 1. Wykres przedstawiający zmiany indeksów antropometrycznych głowy wybranego dziecka
3. PODSUMOWANIE
Badania głowy dziecka przy użyciu skanera 3d oraz późniejsza analiza morfometryczna
stanowiły wskazówki dla lekarza prowadzącego do podjęcia decyzji o dalszym leczeniu.
Analizując otrzymane wartości wskaźników można zauważyć, że dane te można użyć do
ilościowej oceny wad kształtu głowy dzieci. Uzyskane wyniki porównane i odnoszone do
normatywnych wskaźników mogą uwidocznić różnice występujące między badanym
dzieckiem a dziećmi zdrowymi, a także mogą posłużyć jako parametry do oceny postępów
leczenia [3]. Prezentowana metoda spotkała się z aprobatą środowiska medycznego i została
uznana jako metoda diagnostyczna w przypadku wad kształtu głowy. Jej niewątpliwą zaletą
jest dostarczenie obiektywnych informacji o kształcie głowy dziecka bez konieczności
poddawania dziecka inwazyjnemu badaniu tomografii komputerowej TK.
LITERATURA
[1] Tejszerska D., Świtoński E., Gzik M.: Biomechanika narządu ruchu człowieka. Wyd.1.
Instytut Technologii Eksploatacji - PIB, Radom, 2011.
[2] Tejszerewska D., Wolański W., Larysz D., Gzik M., Morphological analysis of the skull
shape in craniosynostosis, Acta Bioeng Biomech, 2011, 13 (1), 35-40.
[3] Gzik M., Wolański W., Tejszerewska D., Gzik-Zroska B., Koźlak M., Larysz D.,
Interdisciplinary researches supporting neurosurgical correction of children head
deformation, Modelling and Optimization of Physical Systems, 2009, 8, 49-54.