Estudio de la formación de imágenes en geometrías de reflectancia usando luz de onda continua en el infrarrojo cercano : aplicación a la mamografía
En la presente Tesis para optar por el título de Doctor en Física se presenta el trabajo realizado para el estudio y caracterización de un sistema de formación de imágenes médicas mediante reflectancia difusa de campo completo usando luz infrarroja. El cáncer de mama, y lesiones cancerosas de te...
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Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas
2018
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En la presente Tesis para optar por el título de Doctor en Física se presenta
el trabajo realizado para el estudio y caracterización de un sistema de formación
de imágenes médicas mediante reflectancia difusa de campo completo usando luz
infrarroja.
El cáncer de mama, y lesiones cancerosas de tejidos suaves similares, son una
causa mayor de mortalidad y morbilidad tanto en países desarrollados como en
vías de desarrollo. Como tal, muchos grupos de investigación de diferentes áreas de
las ciencias trabajan en el tema y nuevos tratamientos y métodos diagnósticos se
desarrollan constantemente. Más allá de estos avances, es sabido que un diagnóstico
rápido y preciso es imprescindible para lograr un buen pronóstico.
Los sistemas de formación de imágenes, como la radiografía y la ecografía, son
los métodos por defecto usados para el diagnostico y el seguimiento del cáncer de
mama. Sin embargo, estas técnicas tienen desventajas importantes. Por un lado, dada
su naturaleza ionizante, el uso de rayos X es potencialmente nocivo para la salud.
Debido a esto, no se recomienda que las pacientes sean sometidas a mamografías
más de una vez por año o antes de los 40 años de edad, incluso si cuentan con
elevados factores de riesgo. La ecografía, por otro lado, tiene poca especificidad y
sensibilidad.
Como consecuencia de estos problemas, existe la necesidad de desarrollar sistemas
de diagnóstico y seguimiento de tumores de tejidos blandos más seguros y
efectivos. Un área que viene siendo objeto de investigación creciente en pos de esta
búsqueda es la de la formación de imágenes usando radiación en el infrarrojo
cercano. Esta radiación es completamente inocua y puede penetrar el tejido blando
varios centímetros, permitiendo potencialmente la extracción de información
estructural de los mismos. Sin embargo, el comportamiento de la luz en los tejidos biológicos difiere muy fundamentalmente de los rayos X. Es necesario, entonces, el desarrollo de técnicas y protocolos de medición y procesamiento de datos completamente diferentes.
En el presente trabajo presentamos un análisis de un sistema novedoso de formación
de imágenes diagnósticas. El mismo se basa en la captura de imágenes de
campo completo usando la propagación difusa de radiación en el infrarrojo cercanomediante geometría de reflectancia. En esta configuración, las medidas se realizan
sobre la misma cara que es iluminada, permitiendo una posición mas cómoda para
la paciente. Además, la relativa simplicidad del equipamiento necesario hace a la
propuesta una técnica de comparativo bajo costo y fácil implementación.
De la misma forma que otras técnicas que hacen uso de radiación infrarroja,
la aquí estudiada puede complementarse con el uso de marcadores fluorescentes o
absorbentes extrínsecos. Esto mejora considerablemente tanto la sensibilidad como
la especificidad del diagnóstico.
El texto se encuentra organizado de la siguiente forma:
En una primera Parte, se desarrollan conceptualmente las generalidades necesarias
para la comprensión del trabajo realizado. Inicialmente, en el Capítulo 1, se
introducen los conceptos básicos de óptica biomédica de medios turbios que serán
utilizados durante la Tesis. Seguidamente, un breve repaso del estado del arte busca
poner al lector en el contexto en el cual se realizó el trabajo. Tras lo cual, en el
Capítulo 2, se presentan los principios básicos de la técnica propuesta.
En la segunda Parte, el texto se adentra en las herramientas utilizadas durante
la presente Tesis, algunas de las cuales son preexistentes y otras fueron desarrolladas
como parte del trabajo presentado. Así el Capítulo 3 se dedica al estudio de
la formulación teórica del problema y el Capítulo 4 presenta un novedoso algoritmo
de Monte Carlo para la simulación de la propagación de luz en medios turbios
arbitrarios.
En la tercera Parte, se presenta el trabajo realizado utilizando las herramientas
previamente mencionadas. En el Capítulo 5 se muestra la validación experimental
de la propuesta. También aquí se estudian los limites de detectabilidad. El Capítulo
6, por su parte, profundiza en detalles necesarios para una posible implementación
clínica de la técnica. Puntualmente se analiza la resolución en profundidad de
posibles inclusiones y los efectos de la interfaz entre el tejido y el medio.
Finalmente, en la cuarta Parte, se resumen las conclusiones y resultados obtenidos,
así como el posible trabajo futuro. |