Simulation methods for computational planning of medical interventions on soft-tissue anatomy

Resumen

La imagen médica es el conjunto de técnicas y procesos utilizados para crear imágenes del cuerpo humano, o partes de él, con propósitos clínicos como diagnóstico, tratamiento o seguimiento. Existen diferentes tipos de imágenes médicas que se utilizan para el diagnóstico. Entre ellos encontramos imágenes por Resonancia Magnética (IRM), Tomografía Computarizada (TC) y Tomografía por emisión de positrones (PET). Las imágenes médicas permiten diagnosticar enfermedades o tumores en un estadio inicial. Este hecho es especialmente beneficioso y mejora el diagnóstico, el tratamiento y las posibilidades de supervivencia. En los últimos años, gracias a los avances tecnológicos y de investigación, la imagen médica se ha convertido en uno de los factores más importantes en la cirugía. La imagen ya no es una modalidad principalmente diagnóstica, sino más bien intervencionista que ayuda en las cirugías y ha producido un cambio de paradigma en las mismas. Hasta tal punto que muy pronto los cirujanos podrán utilizar gafas de realidad aumentada para integrar y fusionar perfectamente los datos preoperatorios con la morfología intraoperatoria del quirófano en tiempo real. Desafortunadamente, no todos los hospitales cuentan con equipos de imágenes intraoperatorias, por tanto, trabajan con la informacion de imagenes preoperatorias. Estas imágenes se toman en un momento diferente a la cirugía y en diferentes condiciones. En el caso del tejido blando, la cirugía altera su distribución y hay una gran desviación entre las condiciones de deformación preoperatorias e intraoperatorias. El objetivo de esta tesis es desarrollar una posible solución a la desalineación entre la imagen preoperatoria y la situación quirúrgica. Para ello, proponemos utilizar un modelo simulación usando el método de elementos finitos, que nos permite de manera realista deformar la imagen intraoperatoria, teniendo en cuenta los elementos rigidos y deformables que participan en la simulación, las condiciones de contorno y las propiedades elásticas de los tejidos. A lo largo de la tesis, aplicamos nuestra posible solución a dos escenarios quirúrgicos muy específicos. El primero es la cirugía ortognática, donde se realizan cortes tanto en el maxilar como en la mandíbula y se desplazan los diferentes segmentos rígidos, deformando el tejido blando de su alrededor. El otro escenario es la cirugía de cáncer de mama, con su posterior Radioterapia Intraoperatoria. En ese caso, se ha resectado el tumor y el tejido blando de alrededor queda deformado. A continuación, se irradia la zona del lecho tumoral con aplicador de radioterapia esférico. Finalmente hacemos una validacion clinica para cada uno de los escenarios.