Forskare vid University of Sheffield har framgångsrikt använt datorsimulerade modeller och medicinsk bildbehandling för att testa styrkan hos små barns ben, ger resultat som kan hjälpa bilbarnstolstillverkarna att designa säkrare bilbarnstolar för små barn.

Studien, den första om spädbarns benstyrka i förhållande till ålder/vikt med hjälp av modeller utvecklade från moderna medicinska bilder, publiceras idag i Journal of Biomechanics and Modeling in Mechanobiology .

Forskningen använde CT-skanningar - röntgen för att ta detaljerade bilder av benen från olika vinklar - och efterföljande datormodeller för att skapa scenarier som tittade på hur en annan mängd kraft påverkar benen, böja och vrida benen för att upptäcka brytpunkten.

Dessa icke-invasiva tekniker skapade 3D-modeller av lårbenet (lårbenet) i studien av barns ben hos nyfödda till tre år gamla.

Detta är den åldersgrupp som har haft minst forskning utförd tidigare men också de åldrar där barn inte kan prata eller kommunicera effektivt om hur deras skada uppstod. Det finns också en period av snabb tillväxt mellan dessa åldrar och forskarna kunde avgöra hur ben utvecklades under denna tid och hur benstyrkan förändrades.

Skyddet har förbättrats avsevärt sedan introduktionen av bilbarnstolar men bilolyckor är fortfarande en ledande orsak till livshotande skador hos barn. Datorstödd ingenjörskonst är en viktig del av fordonsutvecklingen och säkerhetsbedömningar förlitar sig alltmer på simuleringar. Därför, det är viktigt att de korrekta simuleringarna, använda exakta modeller, används för att säkerställa optimal säkerhet.

Aktuella tester för bilbarnstolar i simulerade krocktester använder ofta nedskalade modeller av vuxna för att simulera ett barn i en given situation. Dock, anatomiskt, ett litet barn har en helt annan benstruktur än en vuxen – benen är inte helt formade och växer fortfarande.

Dr Xinshan Li, från Insigneo Institute for in silico Medicine och Department of Mechanical Engineering vid University of Sheffield, sa:"Det finns för närvarande väldigt lite forskning som tittar på benstyrkan hos små barn. Våra data kan användas för att hjälpa bilbarnstolstillverkare, barnvagnstillverkare, leksakstillverkare och andra företag som designar barnprodukter, att designa och tillverka säkrare produkter och använda vår modellering av benstyrka för att testa sina produkter innan de släpps ut på marknaden.

"Vi kommer att fortsätta vår forskning inom detta område och hoppas kunna arbeta i partnerskap med dessa industrier för att visa vilken effekt vårt arbete kan ha för att hjälpa till att förebygga och minimera effekterna av potentiella olyckor. Detta kommer att ge föräldrar sinnesro att deras barn är så säkra som möjligt och att produkterna de använder har testats med de allra senaste och exakta teknikerna."

Dr Amaka Offiah, Läsare i Pediatric Musculoskeletal Imaging vid avdelningen för onkologi och metabolism vid University of Sheffield, och hederskonsult pediatrisk radiolog vid Sheffield Children's Hospital, sa:"Benfrakturer är vanliga i barndomen och har uppskattats stå för 25 procent av alla pediatriska skador. De kan i stort sett kategoriseras i oavsiktliga eller orsakade skador.

"För närvarande, att skilja mellan dessa kan ofta vara extremt svårt. På grund av svårigheterna att få pediatriska benprover har det saknats forskning för att tillhandahålla evidensbaserad information om benstyrka hos små barn.

"Förutom de industribaserade tillämpningarna för barnsäkerhet, resultaten från vår studie kan användas i framtiden för att underlätta klinisk diagnos. Om vi ​​kan tillhandahålla en tabell som visar benstyrka efter åldersintervall för olika ben i kroppen, vi kan sedan beräkna kraften som krävs för att bryta just det benet. Detta skulle hjälpa läkare att använda evidensbaserad information för att avgöra om en skada är oavsiktlig eller orsakad, särskilt för yngre barn som inte kan formulera hur skadan uppstod. Vi är tacksamma mot The Children's Hospital Charity, som finansierade det inledande arbetet på detta område."

Insigneo Institute for in silico Medicine är ett samarbetsinitiativ mellan University of Sheffield, Sheffield Teaching Hospitals NHS Foundation Trust och Sheffield Children's NHS Foundation Trust (inom silico är medicin även känd som beräkningsmedicin). Det är ett tvärvetenskapligt samarbete mellan över 140 akademiker och kliniker för att utveckla datorsimuleringar av människokroppen och dess sjukdomsprocesser som kan användas direkt i klinisk praxis för att förbättra diagnos och behandling. MultiSim är ett finansierat program för Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) som är baserat i Insigneo.

Professor Damien Lacroix, Direktör för MultiSim, sa:"MultiSim-projektet gav resurser för denna forskning, eftersom forskargruppen kunde använda samma modelleringstekniker och mjukvara som vi skapade för att undersöka muskel- och skelettsjukdomar och tillämpa detta på modellering av barns ben för att testa deras styrka.

"De potentiella tillämpningarna av denna forskning är långtgående och visar hur datorsimuleringar potentiellt kan spara tid och ge en mer tillförlitlig diagnos för läkare."

Forskargruppen fortsätter sitt arbete inom detta område och kommer att bygga vidare på den aktuella forskningen för att bedöma andra långa ben, som tibia, utöka sin databas för att säkerställa en bra representation av barn i varje åldersgrupp, och titta på mer komplexa skadescenarier.