Desarrollo y validación de un modelo de elementos finitos 3D para el crecimiento del neurocráneo en Homo sapiens

BONFILI, NOELIA

La Plata

Jornada; VII Jornadas de Jóvenes Investigadores y Extensionistas; 2017

Comisión Organizadora de la VII Jornada de Jóvenes Investigadores y Extensionistas

El presente plan se enmarca en un proyecto de mayores alcances orientado a modelar las fuerzas ejercidas por el cerebro en crecimiento sobre los huesos del cráneo mediante un análisis de elementos finitos (Preprocesamiento, procesamiento y postprocesamiento). La muestra a analizar comprendió imágenes de tomografía computada de 30 cráneos de individuos neonatos e infantiles pertenecientes a la Colección Bosma, Universidad Johns Hopkins en Baltimore, USA. Con el objetivo de estimar la magnitud y dirección del cambio en el cerebro durante el crecimiento, se realizaron reconstrucciones 3D del espacio interior del neurocráneo correspondiente a 17 individuos distribuidos a lo largo de la serie ontogenética representada en la colección. Los pasos a seguir incluyeron la segmentación (Avizo 3D) y el etiquetado. Posteriormente se realizó un análisis generalizado de Procrustes sobre la superficie del molde virtual del cerebro a fin de describir los cambios en forma y su relación con el volumen y la edad (package gpsa). A partir de las superficies superpuestas se realizó un análisis de componentes principales y se evaluó la relación del primer componente con la edad. En todas las reconstrucciones 3D se digitalizaron 21 landmarks a mano y se obtuvieron de forma semi-automática 2500 puntos homólogos (package Morpho para R). Para extraer los vectores de crecimiento por región se realizó la superposición de la configuración media de los neonatos y del individuo Bosma 8 (1,5 años). Las coordenadas de puntos fueron separadas en seis regiones (lóbulos temporal, frontal, occipital, parietal superior y lateral, y cerebelo). Se realizó la superposición de los puntos mediante un análisis Protest sin corregir por tamaño y se estimó el promedio de los residuos por región. Estos residuos indican la magnitud del cambio en forma y el crecimiento relativo entre 0 y 1.5 años. Los resultados indican que la combinación de técnicas de análisis de imagen, morfometría geométrica y elementos finitos constituye un abordaje novedoso al estudio del crecimiento del cráneo. Los modelos de elementos finitos mostraron diferencias en los desplazamientos simulados de acuerdo al crecimiento del cerebro. Se reconoce que la presión ejercida por el cerebro en crecimiento representa un importante estímulo para el crecimiento del cráneo, en especial de los huesos de la bóveda. El modelo desarrollado coincide con lo esperado, observándose los valores más elevados de desplazamientos en los huesos de la bóveda. En el caso del modelo nulo, los mayores desplazamientos se observan en la región del bragma, mientras que en el modelo de crecimiento diferencial por región, los mayores desplazamientos se observan en la región del lamda. Se planea en una siguiente etapa contrastar estos resultados con los cambios observados en una muestra ontogenética.