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Os cientistas criam o modelo 3D virtual do órgão antes da operação

Durante operações mìnima invasoras, um cirurgião tem que confiar a informação indicada na tela: Um modelo 3D virtual do órgão respectivo mostra onde um tumor é encontrado e onde as embarcações sensíveis podem ser encontradas. O tecido macio, tal como o tecido do fígado, contudo, deforma-se durante a respiração ou quando o escalpelo for aplicado. O registro endoscópico das câmeras no tempo real como a superfície se deforma, mas não mostra a deformação de umas estruturas mais profundas tais como tumores. Os cientistas novos do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (JOGO) têm desenvolvido agora um método capaz da computação do tempo real para adaptar o órgão virtual ao perfil de superfície deformado.

O princípio parece ser simples: Baseado em dados de imagem do tomografia de computador, os cientistas constroem um modelo 3D virtual do órgão respectivo, incluindo o tumor, antes da operação. Durante a operação, as câmeras fazem a varredura da superfície do órgão e geram uma máscara dura do perfil. A este molde virtual, o modelo 3D é então caber confortavelmente, como a geléia a um formulário dado. O grupo novo do investigador de Dr. Stefanie Speidel analisou este problema geométrico da adaptação da forma da perspectiva física. “Nós modelamos o perfil de superfície como electricamente o negativo e o modelo do volume do órgão como electricamente o positivo cobrado,” Speidel explica. “Agora, atraia-se e o modelo elástico do volume desliza na máscara imóvel do perfil.” O modelo 3D adaptado revela então ao cirurgião como o tumor se moveu com a deformação do órgão.

As simulações e as experiências que usam um fígado fantasma da fim-à-realidade demonstraram que o método electrostático-elástico trabalha mesmo quando somente as partes do perfil de superfície deformado estão disponíveis. Esta é a situação usual no hospital. O fígado humano é cercado por outros órgãos e, daqui, somente em parte visível por câmeras endoscópicas. “Somente aquelas estruturas que são identificadas claramente enquanto as peças do fígado por nosso sistema são atribuídas uma carga elétrica,” diz o Dr. Stefan Suwelack que, como parte do grupo de Speidel, escreveu sua tese do Ph.D. neste assunto. Os problemas elevaram somente, se distante menos do que a metade da superfície deformada é visível. Para estabilizar nesses casos a computação, os pesquisadores do JOGO podem usar pontos de referência claros, tais como embarcações de cruzamento. Seu método, contudo, no contrário a outro não confia em tais referências no início.

Além, o modelo dos pesquisadores do JOGO é mais preciso do que métodos convencionais, porque igualmente considera factores biomecânicos do fígado, tais como a elasticidade do tecido. Assim por exemplo, o fígado fantasma usado pelos cientistas consiste em dois silicones diferentes: Um material mais duro para a cápsula, isto é o escudo exterior do fígado, e de um material mais macio para o tecido interno do fígado.

Em conseqüência de sua aproximação física, os cientistas novos igualmente sucedidos em acelerar o processo da computação. Enquanto a adaptação da forma foi descrita por energias electrostáticas e elásticas, encontraram uma única fórmula matemática. Usando esta fórmula, mesmo os computadores convencionais equipados com uma única unidade de processamento funcionam somente tão rapidamente que o método é competitivo. O contrário aos métodos convencionais da computação, contudo, o método novo é serido igualmente para computadores paralelos. Usando tal computador, o grupo novo do investigador planeia agora modelar estàvel deformações do órgão no tempo real.

Source:

Karlsruhe Institute of Technology