تصوّر مرئي بارامتري ثلاثي الأبعاد للتعديل العصبي والعمود الفقري وجراحة العظام

جميع الأعمال

أيّ جذر تبلغه نقطة التماس؟ التحفيز فوق الجافية للحبل الشوكي الرقبي، بالمحاكاة

يؤثر قطب التحفيز عبر جذور الأعصاب التي يبلغها، ولكل جذر عضلاته. يحسب هذا النموذج أيّ جذر تستثيره كل تركيبة من نقاط التماس أولًا، وعند أيّ تيار.

الخدمة: التصوّر المرئي المبني على المحاكاة ودراسات النمذجة

الفقرة الرقبية الخامسة في مقطع عرضي، منظورًا إليها من الأعلى والخلف، مع تسميات. في القناة الشوكية يُظهر المقطع الدهون والأم الجافية والسائل الدماغي الشوكي والحبل الشوكي، ملوّنة بحسب الجهد الكهربائي، وأسطعها تحت نقطة تماس واحدة في قطب صفيحي مرسوم شفافًا. وخلف المقطع تنحني القناة مع انحناء الرقبة بين فقرات مقطوعة، وجُذيرات ثلاثة جذور عصبية ملوّنة بحسب التيار الذي تستجيب عنده. ورُسمت محاور ومسطرة قياس ومقياسا ألوان ومنظر للقطب الصفيحي يُظهر نقطة التماس الفعالة.
فتح الصورة بحجمها الكامل

نظرة عامة

يُدرَس التحفيز فوق الجافية للحبل الشوكي الرقبي بوصفه وسيلة لتحسين حركة الذراع واليد بعد إصابة الحبل الشوكي أو السكتة الدماغية. ويُعتقد أنه يعمل عبر جذور الأعصاب: تستثير نقطة التماس الألياف الحسية لجذر ما، فتُنشّط هذه الألياف العصبونات الحركية في قطعتها، ولكل قطعة عضلاتها التي تتداخل مع عضلات القطع المجاورة. لذا فالسؤال المطروح على أي قطب هو: أيّ جذر تبلغه نقطة التماس أولًا، وإلى أي حد يمكن رفع التيار قبل أن يستجيب الجذر المجاور.

يحسب هذا المثال ذلك. ويُستمد تشريحه من قياسات منشورة: حبل شوكي يتسع عبر الانتفاخ الرقبي، وقناة تتبع انحناء الرقبة، وفقرات، وجُذيرات الجذور من C5 إلى C8. ويعطي نموذج بطريقة العناصر المحددة المجال الكهربائي لقطب صفيحي بـ16 نقطة تماس، وتحوّله نماذج الألياف العصبية إلى التيار الذي يحتاجه كل ليف.

النتيجة خريطة من تركيبات نقاط التماس إلى الجذور. وتُعرض تحت «النتائج» بجانب ما قاسه الجراحون: العضلات التي تستجيب حين يُحفَّز كل جذر. ولهذا يُبنى مثل هذا النموذج: لمقارنة الأقطاب ومواضعها وتركيبات نقاط التماس من أجل حركة مستهدفة، قبل تصنيع أي شيء.

يتوقف النموذج عند الألياف. فهو لا يتنبأ بحركة، وأرقامه تصف هذا التشريح العام، لا مريضًا بعينه. وقطب آخر أو مستوى آخر أو هدف آخر يعني إعادة تشغيل الحساب، لا إعادة الرسم.

النتائج

الحبل الشوكي منظورًا إليه من الخلف، أربع مرات جنبًا إلى جنب، مع نقاط التماس الـ16 للقطب الصفيحي وأربعة أزواج من جذور الأعصاب. في كل صورة حُوِّطت نقطة تماس مختلفة من العمود الأيسر بوصفها مهبطًا، ولُوِّنت الجُذيرات اليسرى بحسب التيار الذي تستجيب عنده. وتقع أسطع الجُذيرات بجانب نقطة التماس المحوَّطة، وتنتقل نزولًا من الصورة الأولى على اليسار إلى الرابعة على اليمين.
جُذيرًا جُذيرًا: التيار الذي يُنشَّط عنده أول ليف في كل جُذير (0.3 إلى 7.9 ملي أمبير؛ الأسطع يُنشَّط أبكر، وكل ما يبلغ 2.5 ملي أمبير فأكثر بأغمق لون)، لأربعة مهابط مفردة على امتداد العمود الأيسر للقطب الصفيحي، من اليسار إلى اليمين. تتبع الاستجابةُ المهبطَ من جذر إلى جذر. ولم يُحاكَ إلا الجانب الأيسر. فتح الصورة بحجمها الكامل
جدول من جزأين يشتركان في أربعة أعمدة، هي الجذور من C5 إلى C8. في الجزء العلوي، يُظهر صفٌّ لكل جذر نقاطَ التماس المستخدمة، ويُظهر بأقراص ملوّنة مرقّمة التيار الذي تستجيب عنده نصف ألياف كل جذر. وفي الجزء السفلي، يُظهر صفٌّ لكل عضلة أقراصًا يدل حجمها على نسبة الاستجابات حين حُفِّز ذلك الجذر أثناء الجراحة، مع وظيفة العضلة بجانبها.
طبقتان تشتركان في الجذور أعمدةً لهما. في الأعلى، ما حُسب: لكل جذر تركيبةُ نقاط التماس، من بين اثنتي عشرة جُرِّبت، التي تبلغه بأوسع هامش، والتيار الذي تستجيب عنده نصف الألياف الواردة لكل جذر. يبلغ مهبط مفرد الجذر C5 وحده: إذ تستجيب نصف أليافه الواردة عند 0.46 ملي أمبير، ولا يستجيب الجذر التالي إلا عند 2.6 ضعف ذلك التيار. أما C6 وC7 فلا يتجاوز أي مهبط مفرد معهما 1.5 ضعف؛ بينما يبلغ ثنائي القطب، والمصعد على نقطة التماس التالية نزولًا، 2.2 و2.0 ضعف. ويبقى C8 الأصعب: 1.3 ضعف في أحسن الأحوال، فيتبعه C7 هنا عن قرب. في الأسفل، ما قاسه آخرون: الاستجابة النسبية لكل عضلة حين حُفِّز الجذر نفسه أثناء الجراحة (Schirmer et al. 2011، الجدول 3). أما الانتقال من جذر مُستثار إلى هذه العضلات فهو التفسير المنشور لكيفية عمل التحفيز (Greiner et al. 2021)؛ ولا يحسبه النموذج. فتح الصورة بحجمها الكامل

من الشبكة إلى الصورة

النموذج على هيئة شبكة عناصر محددة. على المقطع خلايا كل نسيج، صغيرة في القناة وتحت القطب، وأكبر في الفقرة التي تمرّ حافتها عبرها؛ والحبل الشوكي والقطب مرسومان بإطار سلكي.

الشبكة

المنظر نفسه مع النتيجة. في القناة يُلوَّن المقطع بحسب الجهد المحسوب، والجُذيرات بحسب التيار الذي يُنشَّط عنده أول ليف فيها.

النتيجة

رُسمت الصورتان كلتاهما من ملفات المحاكاة؛ ويمرّ المقطع عبر نقطة التماس الفعالة والفقرة الرقبية الخامسة. وقد أُزيلت الأم الجافية والفقرات من جهة الناظر، ورُسم القطب الصفيحي شفافًا لتظهر نقاط تماسه الـ16.

ملاحظة المنهجية

محسوب، لا مرسوم.

النمذجة
  • الحبل الشوكي الرقبي من C5 إلى C8 بأقطار كل قطعة المنشورة، مع المادة الرمادية والسائل الدماغي الشوكي والأم الجافية والدهون فوق الجافية، في قناة منحنية وفق الانحناء الطبيعي للرقبة
  • الفقرات من C3 إلى T2 بوصفها عظمًا. شكلها نموذجي، ضُبط بالعين، ولم يُقَس
  • الجُذيرات والجذور وفق قياسات تشريحية منشورة على أجساد متبرَّع بها؛ أما مساراتها فمصمَّمة
  • قطب صفيحي عام بـ16 نقطة تماس من تصميمي، لا يمثّل أي منتج
  • موصليات منشورة للأنسجة؛ و150 ليفًا عصبيًا في الجانب الأيسر بأقطار مفترضة
الحساب
  • المجال الكهربائي لنقاط تماس القطب، بطريقة العناصر المحددة (1.32 مليون رباعي أسطح)
  • التيار الذي يُنشَّط عنده كل ليف، لاثنتي عشرة تركيبة من نقاط التماس، بنماذج للألياف العصبية في NEURON تُشغَّل عبر نسخة معدّلة من PyNS
  • لكل جذر، التركيبة التي تبلغه بأوسع هامش قبل أن يتبعه جذر مجاور
الخيارات الفنية
  • المقاطع والأجزاء المُزالة، والقطب الصفيحي الشفاف، والعظم المقطوع بلون واحد مسطّح
  • طريقة اتصال الجُذيرات بجذرها، وانتفاخ العقدة: مرسومان، لا منمذجان
  • مقاييس الألوان والكاميرا والإضاءة
التحقق
  • تحقّق من المحلّل العددي بمقارنته مع حالة مرجعية تحليلية (كرة متعددة الطبقات، وأيضًا مع تمثيل العظم بالطريقة المتّبعة للفقرات): المقاومة ضمن 0.3 %.
  • تحقّق من الموصلية متباينة الخواص بحلّ مصنَّع (manufactured solution): رتبة التقارب 2.99، والمتوقع 3.
  • تأكّد تقارب الشبكة لهذا النموذج على ثلاث شبكات: المعاوقة ضمن 0.04 %، وعتبات الألياف ضمن 0.3 %. ويتوازن التياران عبر المهبط والمصعد بفارق جزء واحد من المليار.
الأدوات
Python، gmsh، DOLFINx، NEURON، PyNS (معدّلة)، Blender
المراجع

أقبل أعمالًا من هذا النوع.

المدة المعتادة
8–12 أسبوعًا، ويُحدَّد النطاق لكل مشروع على حدة
طلب عرض سعر