Soft Tissue Biomechanical Modeling for Computer Assisted Surgery

این جلد بر مدل‌سازی بیومکانیکی بافت‌های بیولوژیکی در زمینه جراحی با کمک رایانه (CAS) تمرکز دارد. به طور خاص تر، بافت های نرم تغییر شکل پذیر مورد توجه قرار می گیرند، زیرا آنها موضوع جدیدترین پیشرفت ها در این زمینه هستند. کارهای پیشگام در مورد این موضوع CAS مربوط به دهه 1980 است، با کاربردهایی در ارتوپدی و مدل های بیومکانیکی استخوان. با این حال، اخیراً مدل‌های بیومکانیکی بافت‌های نرم پیشنهاد شده‌اند، زیرا بیشتر بدن انسان از اندام‌های نرمی ساخته شده است که می‌توانند با حرکت جراحی تغییر شکل دهند. رسیدگی به چنین مدل‌هایی بسیار پیچیده‌تر است، زیرا بافت‌ها می‌توانند در معرض تغییر شکل‌های بزرگ (چارچوب هندسی غیر خطی) و همچنین روابط پیچیده تنش/کرنش (چارچوب مکانیکی غیر خطی) باشند.

قسمت ۱ جلد، مدل‌های بیومکانیکی را ارائه می‌کند که در زمینه CAS توسعه یافته‌اند و در حین جراحی استفاده می‌شوند. این امر به ویژه جدید است زیرا اکثر مدل‌های بافت نرم که قبلاً پیشنهاد شده‌اند مربوط به برنامه‌ریزی به کمک رایانه با استفاده قبل از عمل از مدل‌ها هستند. سپس، این جلد به دو موضوع کلیدی مطرح شده برای استفاده حین عمل از مدل‌های بافت نرم می‌پردازد، یعنی (قسمت 2) "چگونه رفتار مکانیکی بافت‌ها را در داخل بدن تخمین بزنیم؟" (یعنی چه چیزی آیا مقادیر پارامترهای مکانیکی می‌توانند رفتار واقعی بیمار را ارائه دهند؟) و (بخش 3) "چگونه یک پلت فرم مدل سازی بسازیم که شبیه‌سازی‌های عددی در زمان واقعی (یا حداقل زمان تعاملی) عمومی را ارائه می‌دهد؟< /i>”

This volume focuses on the biomechanical modeling of biological tissues in the context of Computer Assisted Surgery (CAS). More specifically, deformable soft tissues are addressed since they are the subject of the most recent developments in this field. The pioneering works on this CAS topic date from the 1980's, with applications in orthopaedics and biomechanical models of bones. More recently, however, biomechanical models of soft tissues have been proposed since most of the human body is made of soft organs that can be deformed by the surgical gesture. Such models are much more complicated to handle since the tissues can be subject to large deformations (non-linear geometrical framework) as well as complex stress/strain relationships (non-linear mechanical framework).

Part 1 of the volume presents biomechanical models that have been developed in a CAS context and used during surgery. This is particularly new since most of the soft tissues models already proposed concern Computer Assisted Planning, with a pre-operative use of the models. Then, the volume addresses the two key issues raised for an intra-operative use of soft tissues models, namely (Part 2) “how to estimate the in vivo mechanical behavior of the tissues?” (i.e. what are the values of the mechanical parameters that can deliver realistic patient-specific behavior?) and (Part 3) “how to build a modeling platform that provides generic real-time (or at least interactive-time) numerical simulations?”