domingo, 19 de enero de 2014

Simulaciones Biomecánicas: Modelar Diversas Partes del Cuerpo Humano en U.Santa María


Mediante mallas geométricas se simula de forma rápida y precisa cualquier interacción con los tejidos, permitiendo así detectar alguna anomalía. 
Modelar de forma rápida y precisa las más diversas partes del cuerpo humano, para efectuar una simulación biomecánica según los requerimientos de algún especialista; es el principal objetivo del proyecto FONDECYT desarrollado por el Departamento de Informática de la Universidad Técnica Federico Santa María y que permite simular, mediante mallas geométricas, cualquier interacción con los tejidos –blandos y gruesos– y por efectos tanto internos como externos.
Según detalla Claudio Lobos, académico del Departamento de Informática de la USM, “esta técnica se aplica cuando la anomalía aún no se detecta o en casos complejos donde se desconoce el origen de algún problema médico. Otra aplicación es para determinar los posibles resultados de un procedimiento, por ejemplo, al hacer una cirugía maxilofacial nos gustaría saber cómo se verá el paciente una vez concluido”.
“También es utilizada durante la cirugía para hacer el seguimiento de zonas que no podemos ver. El ejemplo más claro es el seguimiento de la ubicación de un tumor durante la cirugía de remoción de éste y en donde el modelamiento nos permite “predecir” dónde se encuentra, mostrándolo en una pantalla al cirujano para que pueda modificar la trayectoria de remoción y realizar así un proceso menos invasivo”, explica el experto.

Mallas geométricas

Para poder simular un objeto mediante un computador, es necesario contar con una función capaz de describirlo. Cuando la geometría de éste es compleja, generalmente es imposible encontrar dicha función y por lo tanto es necesario aproximarla a través de geometrías más simples como hexaedros, prismas, pirámides o tetraedros, y es esta aproximación, mediante elementos, la que recibe el nombre de malla.

“Una malla puede ser utilizada tanto para visualización como para simulación. En el primer caso, los nodos internos no son necesarios y por ello se utilizan solo mallas de superficie, las que generalmente están formadas por triángulos o paralelógramos y cada cara es capaz de representar diferentes propiedades visuales como color, textura y transparencia”, detalla.
Lobos también precisa, que en el caso de una malla volumétrica –donde sus elementos invisibles son utilizados– la mayor aplicación es la simulación de ecuaciones físicas para el análisis estructural, deformaciones, fracturas o el efecto del calor, entre otras. En estos casos la fuerza será evaluada en los nodos de los elementos y el resultado final de la simulación será la suma de todos los efectos locales causados en cada nodo. Este tipo de simulaciones se describe mediante un conjunto de Ecuaciones Diferenciales Parciales (EDPs) y su solución es obtenida mediante un método numérico como: elementos finitos, volúmenes finitos o diferencias finitas.

“A diferencia de las mallas de superficie, en una malla de volumen un efecto superficial puede acarrear un efecto interno complejo. Un ejemplo de esto sería analizar si un golpe efectuado en la superficie de un fémur, mediante el análisis de los elementos internos, producirá una fractura o no. Dicho análisis es imposible mediante el uso de una malla de superficie”, detalla.
Dos variables pueden ser ajustadas para simular los distintos tipos de material: la tensión y la rigidez. Estas propiedades pueden diferir de un elemento a otro causando distintos comportamientos y por ende, la simulación de un objeto. Por lo tanto, estas dos variables harán que un mismo cubo se comporte como gelatina en un caso y como un ladrillo en otro.
Cabe destacar que este FONDECYT de Iniciación 11121601 se desarrolla en el contexto de otros proyectos de colaboración internacional con Francia (ECOS-Conicyt Nº C11E01) y Canadá, donde existen equipos médicos y de ingeniería que validan los modelos producidos con estas nuevas técnicas de generación de mallas geométricas.


Fuente:
http://www.comunicaciones.usm.cl/2014/01/14/usm-desarrolla-simulaciones-biomecanicas-para-modelar-diversas-partes-del-cuerpo-humano/