Modelado del comportamiento biomecánico de la próstata en aplicación de braquiterapia

Abstract

[ES] En el presente trabajo se ha desarrollado un modelo biomecánico de próstata que fusiona las imágenes de ultrasonidos transrectal (TRUS) con las de resonancia magnética multiparamétrica (RMmp), con el fin de mejorar la técnica de guía en braquiterapia (BT), focalizando la dosis de radiación aplicada en el punto exacto de localización del tumor prostático y, evitando así, que tejido sano cercano sea dañado innecesariamente. El modelo biomecánico de próstata se ha desarrollado mediante el método de los elementos finitos (MEF) y simula la deformación existente debida a la aplicación del transductor de ultrasonidos, resituando los puntos de la próstata sin deformar de la imagen de RMmp en la próstata deformada durante el proceso de braquiterapia. Para ello, ha sido necesario un estudio de las condiciones de contorno y las propiedades mecánicas de los diferentes tejidos. Finalmente, se ha validado el modelo mediante un análisis de los coeficientes de DICE y JACCARD comparando las imágenes de TRUS con las simulaciones en un grupo de tres próstatas, obteniendo valores de similitud superiores al 85 %.

[EN] In the present work, a biomechanical model of the prostate has been developed that fuses transrectal ultrasound (TRUS) and multiparametric magnetic resonance imaging (mpMRI), in order to improve the guidance technique in brachytherapy (BT). The aim is focusing the applied radiation dose to the exact location of the prostate tumour, preventing nearby healthy tissue from being unnecessarily damaged. The biomechanical prostate model has been developed using the finite element method (FEM). It simulates the existing deformation due to the application of the ultrasound transducer. As a result, the points of the undeformed prostate of the mpMRI image are registered with the deformed prostate during the brachytherapy process. This has required a study of the boundary conditions and mechanical properties of the different tissues. Finally, the model has been validated by means of an analysis of the DICE and JACCARD coefficients comparing the TRUS images with the simulations in a group of three prostates. The similarity values obtained are over 85 %.

[CAT] En el present treball s’ha desenvolupat un model biomecànic de pròstata que fusiona les imatges d’ultrasons transrectal (TRUS) amb les de ressonància magnètica multiparamètrica (RMmp), amb la finalitat de millorar la tècnica de guia en braquiterapia (BT), focalitzant la dosi de radiació aplicada en el punt exacte de localització del tumor prostàtic i, evitant així, que teixit sa pròxim sigui danyat innecessàriament. El model biomecànic de pròstata s’ha desenvolupat mitjançant el mètode dels elements finits (MEF) i simula la deformació existent deguda a l’aplicació del transductor d’ultrasons transrectal, ressituant els punts de la pròstata sense deformar de la imatge de RMmp en la pròstata deformada durant el procés de braquiterapia. Per tal d’aconseguir això, ha estat necessari un estudi de les condicions de contorn i les propietats mecàniques dels diferents teixits existents. Finalment, s’ha validat mitjançant un anàlisi dels coeficients de DICE i JACCARD comparant les imatges de TRUS amb les simulacions resultat d’aquest model, obtenint valors de similitud superiors al 85 %.