Development of methodology for the characterisation and modelling of soft tissues for real-time simulation. Application to the modelling of the viscoelastic mechanical response of brain tissue.

Resumen

La caracterización y modelado de las propiedades mecánicas de tejidos biológicos blandos resulta de gran interés para diversas aplicaciones en el ámbito de la bioingeniería, como por ejemplo, para la detección de tumores y enfermedades, así como para tecnologías de asistencia médica y quirúrgica. Entre estas tecnologías está la simulación quirúrgica, que basándose en métodos computacionales, reproduce procedimientos quirúrgicos con el fin de desarrollar las habilidades del cirujano, planificar operaciones o proporcionar técnicas de apoyo al cirujano durante la operación. Sin embargo, la modelización del comportamiento físico de los órganos y tejidos humanos sigue siendo un desafío. Por una parte, esto es debido a la dificultad para caracterizar las propiedades físicas de los tejidos blandos. Por otro lado, el reto reside en los requerimientos de tiempo de cálculo que se necesita en la simulación, cuando ésta se quiere realizar en tiempo real, siendo el mayor interés el minimizar estos tiempos. Con el fin de hacer frente a estas dificultades, en esta tesis se ha desarrollado una metodología para la caracterización y el modelado de las propiedades mecánicas de tejidos blandos para su integración en simuladores quirúrgicos. La caracterización se ha llevado a cabo en el laboratorio mediante un reómetro de platos paralelos. La metodología se ha aplicado a materiales sintéticos, como el gel de agar, así como a tejidos biológicos, como el tejido cerebral porcino. Mediante la realización de esta caracterización, se han analizado y desarrollado diferentes modelos matemáticos para los tejidos elegidos. Se han estudiado estos modelos, con el fin de seleccionar el más adecuado en función de los requerimientos del simulador.