Ny forskning i styrken af ​​børns knogler kan hjælpe med at designe sikrere autostole

Forskere ved University of Sheffield har med succes brugt computersimulerede modeller og medicinsk billeddannelse til at teste styrken af ​​små børns knogler, producere resultater, som kunne hjælpe autostolsproducenter med at designe sikrere autostole til små børn.

Studiet, den første om spædbørns knoglestyrke i forhold til alder/vægt ved hjælp af modeller udviklet fra moderne medicinske billeder, er offentliggjort i dag i Journal of Biomechanics and Modeling in Mechanobiology .

Forskningen brugte CT-scanninger - røntgenbilleder til at tage detaljerede billeder af knoglerne fra forskellige vinkler - og efterfølgende computermodeller til at opstille scenarier, der ser på, hvordan en anden mængde kraft påvirker knoglerne, bøjning og drejning af knoglerne for at opdage brudpunktet.

Disse ikke-invasive teknikker skabte 3-D-modeller af lårbenet (lårbenet) i undersøgelsen af ​​børns knogler i den nyfødte til tre-årige aldersgruppe.

Dette er den aldersgruppe, der har haft den mindste forskning udført tidligere, men også de aldre, hvor børn ikke kan tale eller kommunikere effektivt om, hvordan deres skade opstod. Der er også en periode med hurtig vækst mellem disse aldre, og forskerne var i stand til at bestemme, hvordan knogler udviklede sig i løbet af denne tid, og hvordan knoglestyrken ændrede sig.

Beskyttelsen er blevet væsentligt forbedret siden introduktionen af ​​autostole, men bilulykker er stadig en førende årsag til livstruende skader hos børn. Computerstøttet teknik er en væsentlig del af køretøjsudviklingen, og sikkerhedsvurderinger er i stigende grad afhængige af simuleringer. Derfor, det er vigtigt, at de korrekte simuleringer, ved hjælp af præcise modeller, bruges til at sikre optimal sikkerhed.

Nuværende test for autostole i simulerede crashtests bruger ofte nedskalerede modeller af voksne til at simulere et barn i en given situation. Imidlertid, anatomisk, et lille barn har en meget anderledes knoglestruktur end en voksen - knoglerne er ikke fuldt dannede og vokser stadig.

Dr. Xinshan Li, fra Insigneo Institute for in silico Medicine og Department of Mechanical Engineering ved University of Sheffield, sagde:"Der er i øjeblikket meget lidt forskning, der undersøger knoglestyrken hos små børn. Vores data kan bruges til at hjælpe bilsædefabrikanter, barnevognsfabrikanter, legetøjsproducenter og andre virksomheder, der designer børneprodukter, at designe og lave sikrere produkter og bruge vores modellering af knoglestyrke til at teste deres produkter, før de bringes på markedet.

"Vi vil fortsætte vores forskning på dette område og håber at arbejde i partnerskab med disse industrier for at demonstrere den indflydelse, vores arbejde kan have for at hjælpe med at forebygge og minimere virkningen af ​​potentielle ulykker. Dette vil give forældre ro i sindet om, at deres barn er så sikre som muligt, og at de produkter, de bruger, er testet med de allernyeste og præcise teknikker."

Dr. Amaka Offiah, Læser i pædiatrisk muskuloskeletal billeddannelse i afdelingen for onkologi og metabolisme ved University of Sheffield, og honorær konsulent pædiatrisk radiolog ved Sheffield Children's Hospital, sagde:"Knoglebrud er almindelige i barndommen og er blevet anslået til at udgøre 25 procent af alle pædiatriske skader. De kan bredt kategoriseres i utilsigtede eller påførte skader.

"I øjeblikket, at skelne mellem disse kan ofte være ekstremt svært. På grund af vanskelighederne med at få pædiatriske knogleprøver har der været mangel på forskning til at give evidensbaseret information om knoglestyrke hos små børn.

"Ud over de branchebaserede applikationer inden for børnesikkerhed, resultaterne fra vores undersøgelse kan i fremtiden bruges til at hjælpe med klinisk diagnose. Hvis vi kan give en tabel, der viser knoglestyrke efter aldersgruppe for forskellige knogler i kroppen, vi kan derefter beregne den kraft, der kræves for at brække den pågældende knogle. Dette vil hjælpe klinikere med at bruge evidensbaseret information til at afgøre, om en skade er utilsigtet eller påført, især for yngre børn, der ikke er i stand til at formulere, hvordan skaden opstod. Vi er taknemmelige over for Børnehospitalets velgørenhed, som finansierede det indledende arbejde på dette område."

Insigneo Institute for in silico Medicine er et samarbejdsinitiativ mellem University of Sheffield, Sheffield Teaching Hospitals NHS Foundation Trust og Sheffield Children's NHS Foundation Trust (i silico medicin er også kendt som computational medicine). Det er et tværfagligt samarbejde mellem over 140 akademikere og klinikere om at udvikle computersimuleringer af den menneskelige krop og dens sygdomsprocesser, der kan bruges direkte i klinisk praksis til at forbedre diagnose og behandling. MultiSim er et Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) finansieret program, som er baseret i Insigneo.

Professor Damien Lacroix, direktør for MultiSim, sagde:"MultiSim-projektet gav ressourcer til denne forskning, da forskerholdet var i stand til at bruge de samme modelleringsteknikker og software, som vi skabte til at undersøge muskel- og skeletsygdomme og anvende dette til modellering af børns knogler for at teste deres styrke.

"De potentielle anvendelser af denne forskning er vidtrækkende og viser, hvordan computersimuleringer potentielt kan spare tid og give en mere pålidelig diagnose for klinikere."

Forskerholdet fortsætter deres arbejde på dette område og vil bygge videre på den nuværende forskning for at vurdere andre lange knogler, såsom skinnebenet, udvide deres database for at sikre en god repræsentation af børn i hver aldersgruppe, og se på mere komplekse skadesscenarier.