Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos

En el ´ambito de la medicina moderna, los simuladores cl´ınicos son herramientas fundamentales que proporcionan un entrenamiento seguro, controlado y repetible. Estos simuladores mejoran significativamente las habilidades y t´ecnicas cl´ınicas de los estudiantes y profesionales de la salud, permi...

Descripción completa

Guardado en:
Detalles Bibliográficos
Autor principal: Fermin, Mauro A.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2023
Materias:
Simulación biológica
Simulation
Simulación
Liver
Hígado
[Biological tissues
Tejidos biológicos
Hyperelastic material
Material hiperelástico
Medical simulator
Simulador médico
Indirect simulation
Simulación indirecta]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1224/1/1Fermin.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
id I25-R131-1224
record_format dspace
institution Instituto Balseiro
institution_str I-25
repository_str R-131
collection Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB)
language Español
orig_language_str_mv es
topic Simulación biológica
Simulation
Simulación
Liver
Hígado
[Biological tissues
Tejidos biológicos
Hyperelastic material
Material hiperelástico
Medical simulator
Simulador médico
Indirect simulation
Simulación indirecta]
spellingShingle Simulación biológica
Simulation
Simulación
Liver
Hígado
[Biological tissues
Tejidos biológicos
Hyperelastic material
Material hiperelástico
Medical simulator
Simulador médico
Indirect simulation
Simulación indirecta]
Fermin, Mauro A.
Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos
topic_facet Simulación biológica
Simulation
Simulación
Liver
Hígado
[Biological tissues
Tejidos biológicos
Hyperelastic material
Material hiperelástico
Medical simulator
Simulador médico
Indirect simulation
Simulación indirecta]
description En el ´ambito de la medicina moderna, los simuladores cl´ınicos son herramientas fundamentales que proporcionan un entrenamiento seguro, controlado y repetible. Estos simuladores mejoran significativamente las habilidades y t´ecnicas cl´ınicas de los estudiantes y profesionales de la salud, permiti´endoles adquirir competencias necesarias antes de enfrentarse a pacientes reales. Es por esto que existe un inter´es constante en mejorar continuamente los simuladores, con el objetivo de lograr una experiencia m´as cercana a la realidad. El avance de las tecnolog´ıas como la realidad virtual, realidad aumentada y el uso de GPUs ha permitido desarrollar elementos que brindan una inmersi´on completa al usuario. Esto incluye gr´aficos de alta calidad, sonido envolvente, retroalimentaci´on h´aptica y modelos f´ısicos que simulan de manera realista el comportamiento de los tejidos org´anicos. Estos modelos f´ısicos permiten simular propiedades mec´anicas, deformaciones, interacciones y caracter´ısticas espec´ıficas de los materiales simulados, como rigidez, densidad, fragilidad, entre otras. En este contexto, este trabajo se enfoca en investigar m´etodos de simulaci´on que permitan obtener respuestas en tiempo real y simular el comportamiento de materiales de tejidos org´anicos. Se aborda el estudio y aplicaci´on de un m´etodo de simulaci´on indirecto basado en la posici´on de los objetos, que resuelve modelos f´ısicos en entornos virtuales en tiempo real. Espec´ıficamente, se examina la aplicaci´on de este enfoque indirecto para evaluar la interacci´on del usuario con modelos de comportamiento mec´anico hiperel´astico que simulan tejidos org´anicos, utilizando diferentes modelos matem´aticos como Saint-Venant-Kirchhoff, Neo-Hookean y Mooney-Rivlin, aplicados a mallas no estructuradas con discretizaci´on de elementos tetra´edricos. El rendimiento obtenido por este m´etodo depende de las iteraciones y restricciones simuladas. Se lograron respuestas con una frecuencia de 300 Hz utilizando 3,000 elementos tetra´edricos. Se realizaron comparaciones de tiempos de respuesta y precisi´on num´erica con simulaciones utilizando el m´etodo de los elementos finitos. Finalmente, se implement´o una aplicaci´on que permite interactuar en tiempo real con tejidos deformables, como el h´ıgado, la ves´ıcula biliar o una geometr´ıa c´ubica, utilizando diferentes modelos de deformaci´on (Saint-Venant-Kirchhoff, Neo-Hookean, Mooney-Rivlin).
format Tesis
NonPeerReviewed
author Fermin, Mauro A.
author_facet Fermin, Mauro A.
author_sort Fermin, Mauro A.
title Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos
title_short Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos
title_full Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos
title_fullStr Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos
title_full_unstemmed Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos
title_sort simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos
publishDate 2023
url http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1224/1/1Fermin.pdf
work_keys_str_mv AT ferminmauroa simulacionnumericadelarespuestamecanicadetejidosbiologicos
_version_ 1812569776129572864
spelling I25-R131-12242024-03-08T15:06:58Z Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos Numerical simulation of the mechanical response of biological tissue Fermin, Mauro A. Simulación biológica Simulation Simulación Liver Hígado [Biological tissues Tejidos biológicos Hyperelastic material Material hiperelástico Medical simulator Simulador médico Indirect simulation Simulación indirecta] En el ´ambito de la medicina moderna, los simuladores cl´ınicos son herramientas fundamentales que proporcionan un entrenamiento seguro, controlado y repetible. Estos simuladores mejoran significativamente las habilidades y t´ecnicas cl´ınicas de los estudiantes y profesionales de la salud, permiti´endoles adquirir competencias necesarias antes de enfrentarse a pacientes reales. Es por esto que existe un inter´es constante en mejorar continuamente los simuladores, con el objetivo de lograr una experiencia m´as cercana a la realidad. El avance de las tecnolog´ıas como la realidad virtual, realidad aumentada y el uso de GPUs ha permitido desarrollar elementos que brindan una inmersi´on completa al usuario. Esto incluye gr´aficos de alta calidad, sonido envolvente, retroalimentaci´on h´aptica y modelos f´ısicos que simulan de manera realista el comportamiento de los tejidos org´anicos. Estos modelos f´ısicos permiten simular propiedades mec´anicas, deformaciones, interacciones y caracter´ısticas espec´ıficas de los materiales simulados, como rigidez, densidad, fragilidad, entre otras. En este contexto, este trabajo se enfoca en investigar m´etodos de simulaci´on que permitan obtener respuestas en tiempo real y simular el comportamiento de materiales de tejidos org´anicos. Se aborda el estudio y aplicaci´on de un m´etodo de simulaci´on indirecto basado en la posici´on de los objetos, que resuelve modelos f´ısicos en entornos virtuales en tiempo real. Espec´ıficamente, se examina la aplicaci´on de este enfoque indirecto para evaluar la interacci´on del usuario con modelos de comportamiento mec´anico hiperel´astico que simulan tejidos org´anicos, utilizando diferentes modelos matem´aticos como Saint-Venant-Kirchhoff, Neo-Hookean y Mooney-Rivlin, aplicados a mallas no estructuradas con discretizaci´on de elementos tetra´edricos. El rendimiento obtenido por este m´etodo depende de las iteraciones y restricciones simuladas. Se lograron respuestas con una frecuencia de 300 Hz utilizando 3,000 elementos tetra´edricos. Se realizaron comparaciones de tiempos de respuesta y precisi´on num´erica con simulaciones utilizando el m´etodo de los elementos finitos. Finalmente, se implement´o una aplicaci´on que permite interactuar en tiempo real con tejidos deformables, como el h´ıgado, la ves´ıcula biliar o una geometr´ıa c´ubica, utilizando diferentes modelos de deformaci´on (Saint-Venant-Kirchhoff, Neo-Hookean, Mooney-Rivlin). In the realm of modern medicine, clinical simulators are fundamental tools that provide safe, controlled, and repeatable training. These simulators significantly enhance the clinical skills and techniques of healthcare students and professionals, enabling them to acquire necessary competencies prior to engaging with real patients. There is a constant interest in continuously improving simulators, with the aim of attaining a heightened level of realism. Advancements in technologies such as virtual reality, augmented reality, and the utilization of GPUs have facilitated the development of elements that offer full immersion to the user. This encompasses high-quality graphics, immersive sound, haptic feedback, and physical models that realistically simulate the behavior of organic tissues. These physical models allow simulating mechanical properties, deformations, interactions, and specific characteristics of the simulated materials, such as stiffness, density, fragility, among others. In this context, this study focuses on investigating simulation methods that enable real-time responses and the simulation of organic tissue material behavior. It addresses the examination and application of an indirect simulation method based on object position, which resolves physical models in real-time virtual environments. Specifically, the application of this indirect approach is examined for evaluating user interaction with hyperelastic mechanical behavior models that simulate organic tissues, utilizing different physical models such as Saint- Venant-Kirchhoff, Neo-Hookean, and Mooney-Rivlin, applied to unstructured meshes with tetrahedral element discretization. The performance achieved by this method is dependent on the simulated iterations and constraints. Responses were achieved at a frequency of 300 Hz using 3,000 tetrahedral elements. Response time and numerical precision were compared with simulations using the finite element method. Finally, an application was implemented that enables real-time interaction with deformable tissues such as the liver, gallbladder, or a cubic geometry, utilizing different deformation models (Saint-Venant-Kirchhoff, Neo-Hookean, Mooney-Rivlin). 2023-09-28 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1224/1/1Fermin.pdf es Fermin, Mauro A. (2023) Simulación numérica de la respuesta mecánica de tejidos biológicos / Numerical simulation of the mechanical response of biological tissue. Maestría en Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1224/

Ejemplares similares