Modelado del intestino delgado para la realización de ensayos in vitro de un prototipo de enteroscopio

Abstract

[ES] La endoscopia es una técnica para el diagnóstico y tratamiento de patologías en el aparato digestivo, siendo el endoscopio el instrumento utilizado. Generalmente, este sistema es operado por más de un profesional médico, que llevan a cabo las funciones de observar el interior del conducto digestivo y coordinar el paso del cable óptico del endoscopio por este sin comprometer la salud paciente. El intestino delgado en particular es la estructura anatómica perteneciente a este aparato que representa los mayores desafíos en cuanto alcance y correcto diagnóstico, dada su ubicación en el organismo, su longitud, así como su compleja disposición anatómica en el espacio. El proyecto Endoworm surgió en 2005 con el objetivo del diseño de un dispositivo adaptable a los dispositivos convencionales de endoscopia, dotado de un sistema de avance asistido computacionalmente. Los diferentes prototipos que han ido proyectándose desde sus inicios han ido definiendo y refinando las distintas características del sistema. Previo a este TFG se realizaron pruebas de un prototipo sobre un modelo in vitro de intestino en disposición lineal, esto es, que el dispositivo avanzaba en línea recta por el interior de un conducto que simulaba el propio intestino. Estos ensayos son de importante relevancia a la hora de discernir la evolución del mismo dispositivo y, a su vez, de los distintos modelos de ensayo que puedan utilizarse para un estudio más completo de la funcionalidad de los prototipos. Este modelo lineal presenta claras limitaciones, pues la estructura anatómica que conforma el intestino y su disposición en el interior del cuerpo la componen una multitud de curvas y plegamientos de distinta morfología hasta cubrir la totalidad de la extensión del órgano. El intestino se encuentra limitado por la pared abdominal y la presencia de otros órganos, y se encuentra ligado mediante una serie de arterias, venas y nervios a través del mesenterio. Es por este motivo que, el paso a seguir en cuanto al modelaje de un entorno de prueba in vitro sea el diseño de un modelo que represente un nivel más en la aproximación a un modelo realista de la anatomía del intestino delgado. De esta forma, el objetivo de este trabajo es crear un diseño que introduzca la variable que supone una curva en el avance del dispositivo, así como la introducción de otra serie de variables que influyen en el comportamiento real de la estructura anatómica a modelar, como es la presencia de un elemento limitador que restrinja a la propia curva como lo hace en su contraparte real la pared abdominal, así como la simulación de la estructura del mesenterio como una serie de fuerzas elásticas que tiran desde el interior de la curva del intestino hacia un punto o pivote que representaría el centro de fuerzas del mesenterio. Se realizará para ello un proceso de investigación bibliográfica, que quedará debidamente referenciada en los apéndices de este trabajo, así como las pruebas empíricas que se estimen pertinentes para la correcta y aproximada definición de los diferentes parámetros que caracterizarán el modelo diseñado y su posterior aplicación en la confección de este.

[EN] Endoscopy is a diagnostic and treatment tool for digestive diseases, where procedure is performed by means of an endoscope. Frequently, this system is operated by more than one medical professional to both visually examine the digestive tract and coordinate the advance of the optical cable of the endoscope through the internal organs without adversely affecting the patient’s health. Endoscopies fall into different categories, based on the body area that is investigated, where the small intestine represents the structure with major challenges, given its location, it’s length and complex disposition inside the human body, regarding approachability and accurate diagnosis. The Endoworm project was developed in 2005 with the aim to design a device adaptable to endoscopy equipment, equipped with a computer-assisted advance system. The different prototypes that were conceived from its inception have been defining and polishing the diverse features of the system. Previously to this bachelor´s degree final project, an in vitro linear model of the small intestine was used to test the advance of the prototype. The use of these evaluation models is relevant to determine the progression of the system, while the variety of them may be useful to achieve a more complete study of the prototypes functionality. The lineal model has clear limitations, due to the fact of the real intestine morphology, compounded by a vast compendium of curves and folds that form the full extension of the small intestine. The intestine is confined within the abdominal wall and among other organs and its bound to the mesentery by arteries, veins and nerves. It is for this reason that, the next step to take in terms of modelling an in vitro test environment will be designing a model with a closer approximation to the real anatomy of the organ. In this way, the aim of this project is to design a model that introduces a curvature as a new variable in the advance of the system, as well as the introduction of another set of variables that influence the real performance of the small intestine such as the presence of a confining element of the vowel or the emulation of the mesentery as a group of elastic forces which pull from a central pivot. To make this possible, a bibliographic process will be carried out, which will be fully referenced in the appendix of this project, as also the needed empirical evidence to properly define the different parameters that will characterise the designed model and its subsequent application.