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Gli scienziati creano il modello virtuale 3D dell'organo il prima dell'uso

Durante le operazioni come minimo dilaganti, un chirurgo deve fidarsi delle informazioni video sullo schermo: Un modello virtuale 3D di rispettivo organo mostra dove un tumore è individuato e dove le imbarcazioni sensibili possono essere trovate. Il tessuto molle, quale il tessuto del fegato, tuttavia, deforma durante la respirazione o quando il bisturi è applicato. La registrazione endoscopica delle macchine fotografiche in tempo reale come la superficie deforma, ma non mostra la deformazione delle strutture più profonde quali i tumori. I giovani scienziati dell'istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT) ora hanno messo a punto un metodo capace in tempo reale di calcolo per adattare l'organo virtuale al profilo di superficie deforme.

Il principio sembra essere semplice: Sulla base dei dati di immagine di tomografia di computer, gli scienziati costruiscono un modello virtuale 3D con rispettivo organo, compreso il tumore, il prima dell'uso. Durante l'operazione, le macchine fotografiche scandiscono la superficie dell'organo e generano una maschera rigida di profilo. A questa muffa virtuale, il modello 3D poi è di adattarsi comodamente, come gelatina ad un modulo dato. Il giovane gruppo del ricercatore di Dott. Stefanie Speidel ha analizzato questo problema geometrico di adattamento di forma dalla prospettiva fisica. “Modelliamo elettricamente il profilo di superficie come quantità negativa ed il modello del volume dell'organo come elettricamente il positivo fatto pagare,„ Speidel spiega. “Ora, sia attiri che il modello elastico del volume si infila nella maschera immobile di profilo.„ Il modello adattato 3D poi rivela al chirurgo come il tumore si è mosso con la deformazione dell'organo.

Le simulazioni e gli esperimenti facendo uso di un fegato fantasma della fine--realtà hanno dimostrato che il metodo elettrostatico-elastico anche funziona quando soltanto le parti del profilo di superficie deforme sono disponibili. Ciò è la situazione usuale all'ospedale. Il fegato umano è circondato da altri organi e, quindi, soltanto parzialmente visibile dalle macchine fotografiche endoscopiche. “Soltanto quelle strutture che sono identificate chiaramente mentre a parti del fegato dal nostro sistema sono definite una carica elettrica,„ dice il Dott. Stefan Suwelack che, come componente del gruppo di Speidel, ha scritto la sua tesi di Ph.D. a questo proposito. I problemi sorgono soltanto, se molto che la metà della superficie deforme è visibile. Per stabilizzare il calcolo in tali casi, i ricercatori del KIT possono utilizzare i chiari punti di riferimento, quali le imbarcazioni di incrocio. Il loro metodo, tuttavia, nel contrario ad altri non conta su tali riferimenti dall'inizio.

Inoltre, il modello dei ricercatori del KIT è più preciso dei metodi convenzionali, perché egualmente considera i fattori biomeccanici del fegato, quale l'elasticità del tessuto. Così per esempio, il fegato fantasma usato dagli scienziati consiste di due siliconi differenti: Un materiale più duro per la capsula, cioè lo shell esterno del fegato e di un materiale più molle per il tessuto interno del fegato.

Come conseguenza del loro approccio fisico, i giovani scienziati anche riusciti a accelerare il trattamento di calcolo. Mentre l'adattamento di forma è stato descritto dalle energie elettrostatiche ed elastiche, hanno trovato una singola formula matematica. Facendo uso di questa formula, anche i computer convenzionali forniti di singola unità di elaborazione funzionano soltanto così rapidamente che il metodo è non Xerox. Il contrario ai metodi convenzionali di calcolo, tuttavia, il nuovo metodo egualmente è adatto per i computer paralleli. Facendo uso di un tal computer, il giovane gruppo del ricercatore ora pianificazione modellare stabile le deformazioni dell'organo in tempo reale.

Source:

Karlsruhe Institute of Technology