Biomecánica de la córnea
Un desarrollo computacional que salta a la vista
Lunes 11 de diciembre de 2006
Investigadores santafesinos lograron simular qué le pasa a la córnea cuando se la somete a distintas drogas o esfuerzos, como una cirugía. Un modelo computacional logra reproducir exitosamente el funcionamiento de la córnea ante determinadas prácticas quirúrgi
Científicos santafesinos estudian desde hace años la biomecánica de la córnea, la responsable de nada menos que el 80 por ciento de nuestra visión. Desde el año 1993, trabajan en un modelo computacional tridimensional que es capaz de simular cirugías y dispositivos de diagnóstico en la computadora, y reproducir fielmente qué le pasa a la córnea cuando es sometida a drogas o esfuerzos.
"Cuando analiza estructuras complejas (como la córnea), la biomecánica necesita de la ayuda de una computadora", sostuvo Fabio Ariel Guarnieri, doctor en Ingeniería con mención en Mecánica Computacional y bioingeniero, quien presentó su trabajo en el XV Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones, llevado a cabo en la Universidad Nacional del Litoral (UNL).
"Cuando lo que se busca es simular un proceso complejo, como es el caso de una córnea -que tiene diferentes curvaturas y espesores-, la computadora es capaz de automatizar la incorporación de datos y utilizar modelos matemáticos en forma repetitiva y tridimensional", añadió Guarnieri.
La biomecánica es una rama de la mecánica que tiene como propósito estudiar los esfuerzos y deformaciones de los materiales o las estructuras biológicas: un tejido, ligamento, tendón o hueso.
El modelo computacional (una especie de simulación de la realidad, en la pantalla de la computadora) es capaz de analizar toda la información que se recabó sobre la córnea del paciente. Luego de que ésta se ingresa en la computadora se puede ver cómo funcionaría el ojo ante determinados estímulos y esfuerzos, a través de una figura tridimensional casi idéntica a la realidad. Con esto se puede, por ejemplo, realizar el cálculo correcto de una cirugía láser con el propósito de corregir ciertas patologías visuales (miopía, astigmatismo, presbicia, etc.).
"Un modelo computacional es un modelo matemático, una fórmula que reproduce la realidad, con la ayuda de la computadora", explicó Guarnieri. En este caso, la herramienta tiene como propósito ayudar al oftalmólogo a mejorar su tecnología para de esa manera optimizar su intervención. El modelo permite, además, probar determinadas drogas sin recurrir a la experimentación en animales y/o pacientes.
El equipo que realizó el trabajo pertenece al Centro Internacional de Métodos Computacionales en Ingeniería (Cimec), que depende del Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (Intec), instituto de la Universidad Nacional del Litoral (UNL) y del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet). Guarnieri también se desempeña en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Entre Ríos (Uner).
"Cuando la córnea es sometida a cirugía láser, una parte de ella es removida y el resto es sometido a mayor tensión. Lo que hay que cuantificar es cuánto se deforma la córnea por esa mayor tensión. La simulación computacional de la cirugía en la córnea y la respuesta de ella permiten estimar cuánto se deformó antes de realizar la cirugía en el paciente. También permite simular nuevas técnicas quirúrgicas o de diagnóstico, ahorrando al mismo tiempo el estudio en animales y en personas", manifestó.
"Si un modelo reproduce bien la realidad dentro de ciertos límites, puede predecir lo que va a ocurrir en otras ocasiones dentro de los mismos límites. En nuestro caso, es ideal que imite adecuadamente la córnea en su estado natural, que es el fisiológico", aclaró.
"Al principio, el modelo era elástico e isotrópico, lo que significaba que al ejercer presión desde varias direcciones, el material respondía de la misma manera. Pero lo que ocurre es que la córnea humana no es así, debido a que tiene fibras en una determinada dirección, lo que implica una elasticidad diferente en una dirección que en otra. Por ello, el modelo se define con el término anisotrópico", indicó Guarnieri.
Las características de la córnea de los pacientes varían y por lo tanto requieren su medición en forma no invasiva en cada uno de esos pacientes. Entonces, el modelo debe adaptarse. Actualmente, se intentan medir diferentes parámetros en las córneas de cada paciente para llegar a una cirugía o tratamiento, particularizado a cada uno de ellos.
Allí se desarrollan y diseñan diversos dispositivos biomédicos, como por ejemplo, prótesis de rodillas o placas de muñecas a través de equipos computacionales de alta tecnología y softwares avanzados.
Los quirófanos virtuales se confeccionan sobre la base de modelos computacionales que simulan la imagen virtual de un paciente a través de oleografías y otras tecnologías que posibilitan que el médico instructor y el médico residente evalúen, diagnostiquen e intervengan quirúrgicamente ante una imagen, no frente a un paciente.
El quirófano virtual simula en un cien por ciento al paciente real, debido a que el modelo computacional posee las tomografías computadas de pacientes reales.
"Todavía tenemos que seguir desarrollando el programa", expresó Cerrolaza, quien manifestó, asimismo, que "este proyecto es muy importante para el desarrollo de las ciencias médicas públicas porque abarata altamente los costos y, además, es de desarrollo inédito en Latinoamérica".
"Cuando analiza estructuras complejas (como la córnea), la biomecánica necesita de la ayuda de una computadora", sostuvo Fabio Ariel Guarnieri, doctor en Ingeniería con mención en Mecánica Computacional y bioingeniero, quien presentó su trabajo en el XV Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones, llevado a cabo en la Universidad Nacional del Litoral (UNL).
"Cuando lo que se busca es simular un proceso complejo, como es el caso de una córnea -que tiene diferentes curvaturas y espesores-, la computadora es capaz de automatizar la incorporación de datos y utilizar modelos matemáticos en forma repetitiva y tridimensional", añadió Guarnieri.
La biomecánica es una rama de la mecánica que tiene como propósito estudiar los esfuerzos y deformaciones de los materiales o las estructuras biológicas: un tejido, ligamento, tendón o hueso.
El modelo computacional (una especie de simulación de la realidad, en la pantalla de la computadora) es capaz de analizar toda la información que se recabó sobre la córnea del paciente. Luego de que ésta se ingresa en la computadora se puede ver cómo funcionaría el ojo ante determinados estímulos y esfuerzos, a través de una figura tridimensional casi idéntica a la realidad. Con esto se puede, por ejemplo, realizar el cálculo correcto de una cirugía láser con el propósito de corregir ciertas patologías visuales (miopía, astigmatismo, presbicia, etc.).
"Un modelo computacional es un modelo matemático, una fórmula que reproduce la realidad, con la ayuda de la computadora", explicó Guarnieri. En este caso, la herramienta tiene como propósito ayudar al oftalmólogo a mejorar su tecnología para de esa manera optimizar su intervención. El modelo permite, además, probar determinadas drogas sin recurrir a la experimentación en animales y/o pacientes.
El equipo que realizó el trabajo pertenece al Centro Internacional de Métodos Computacionales en Ingeniería (Cimec), que depende del Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (Intec), instituto de la Universidad Nacional del Litoral (UNL) y del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet). Guarnieri también se desempeña en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Entre Ríos (Uner).
Beneficios del modelo computacional
Para ser exitoso, el modelo debe reproducir el funcionamiento de la córnea con la mayor precisión posible; sólo de esa manera es funcional al oftalmólogo, debido a que le indica, sin necesidad de someter al paciente, cómo actuará la córnea ante una determinada intervención, como por ejemplo quirúrgica."Cuando la córnea es sometida a cirugía láser, una parte de ella es removida y el resto es sometido a mayor tensión. Lo que hay que cuantificar es cuánto se deforma la córnea por esa mayor tensión. La simulación computacional de la cirugía en la córnea y la respuesta de ella permiten estimar cuánto se deformó antes de realizar la cirugía en el paciente. También permite simular nuevas técnicas quirúrgicas o de diagnóstico, ahorrando al mismo tiempo el estudio en animales y en personas", manifestó.
"Si un modelo reproduce bien la realidad dentro de ciertos límites, puede predecir lo que va a ocurrir en otras ocasiones dentro de los mismos límites. En nuestro caso, es ideal que imite adecuadamente la córnea en su estado natural, que es el fisiológico", aclaró.
"Al principio, el modelo era elástico e isotrópico, lo que significaba que al ejercer presión desde varias direcciones, el material respondía de la misma manera. Pero lo que ocurre es que la córnea humana no es así, debido a que tiene fibras en una determinada dirección, lo que implica una elasticidad diferente en una dirección que en otra. Por ello, el modelo se define con el término anisotrópico", indicó Guarnieri.
Las características de la córnea de los pacientes varían y por lo tanto requieren su medición en forma no invasiva en cada uno de esos pacientes. Entonces, el modelo debe adaptarse. Actualmente, se intentan medir diferentes parámetros en las córneas de cada paciente para llegar a una cirugía o tratamiento, particularizado a cada uno de ellos.
Quirófano virtual
"En países desarrollados como Alemania y Estados Unidos, la tendencia en la enseñanza-aprendizaje de las ciencias médicas consiste en migrar de los quirófanos reales a los virtuales, con el propósito de abaratar los costos", sostuvo Miguel Cerrolaza, responsable del aula universitaria Cimne (Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería), de la Universidad Central de Venezuela.Allí se desarrollan y diseñan diversos dispositivos biomédicos, como por ejemplo, prótesis de rodillas o placas de muñecas a través de equipos computacionales de alta tecnología y softwares avanzados.
Los quirófanos virtuales se confeccionan sobre la base de modelos computacionales que simulan la imagen virtual de un paciente a través de oleografías y otras tecnologías que posibilitan que el médico instructor y el médico residente evalúen, diagnostiquen e intervengan quirúrgicamente ante una imagen, no frente a un paciente.
El quirófano virtual simula en un cien por ciento al paciente real, debido a que el modelo computacional posee las tomografías computadas de pacientes reales.
"Todavía tenemos que seguir desarrollando el programa", expresó Cerrolaza, quien manifestó, asimismo, que "este proyecto es muy importante para el desarrollo de las ciencias médicas públicas porque abarata altamente los costos y, además, es de desarrollo inédito en Latinoamérica".
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