Simulación computacional de tejido mamario con lesión caracterizada por gradiente térmico

Abstract

Resumen En este trabajo se propone la construcción de un modelo computacional en tres dimensiones de tejido mamario basado en el método de elemento finito para la simulación de gradientes térmicos relacionados a lesiones internas según el fenómeno de la angiogénesis patológica. El objetivo de desarrollar este modelo es proporcionar una herramienta adicional cuando no sea posible realizar pruebas en tejido real o en etapas tempranas de trabajos de investigación relacionados con la detección de anomalías en el tejido mamario. Se hizo una revisión en la literatura sobre la anatomía del tejido mamario con la finalidad de obtener información de las dimensiones reales de las principales estructuras de este tejido como los lóbulos, lobulillos, grasa y conductos. A partir de la información encontrada se implementaron dos configuraciones de tejido mamario considerando distintas dimensiones y tipos de lóbulos. La simulación de la distribución térmica se basó en la ecuación de biocalentamiento. Como resultado se obtuvo un modelo geométrico de tejido mamario considerando las estructuras anatómicas principales, así como la simulación de distribuciones térmicas tanto internas como superficiales asociadas a lesiones menores a 1 cm y localizadas en el interior del tejido mamario simulado, donde se registró un aumento de la temperatura en la superficie de la mama de 0.1° K para una lesión de 5 mm de diámetro y 15 mm de profundidad.

Abstract This work proposes the construction of a 3D computational model of breast tissue based on the finite element method for the simulation of thermal gradients related to internal lesions according to the phenomenon of pathological angiogenesis. The objective to develop this model is to provide a tool to be considered when testing on real tissue is not possible or on early stages of research works related to detection of anomalies in breast tissue. A review was made in the literature on the anatomy of breast tissue to obtain information about the actual dimensions of the main structures of this tissue such as lobes, lobules, fat, and ducts. From this information, two breast tissue configurations were implemented considering different dimensions and types of lobes. The bioheating equation was used for the generation of the thermal gradient simulation. As a result, a geometric model of breast tissue was obtained considering the main anatomical structures and the simulation of thermal distributions (internal as well as superficial) associated to an internal lesion, all of them smaller than 1cm. A temperature increases on the surface of the breast of 0.1 ° K was recorded for a lesion 5 mm in diameter and 15 mm in depth.