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LÍMITE DE APLICACIÓN DEL MÉTODO DE FOTONES BALÍSTICOS EN TEJIDO BIOLÓGICO

Erick Ipus (2019)

"En este trabajo de investigación se estudia la posibilidad de implementar el método de fotones balísticos en tejido biológico como técnica de diagnóstico. El interés se debe a las mejoras que tiene respecto a los procedimientos actuales: radiografías, tomografías, entre otras. Además, proporciona un escalón más en el entendimiento de la interacción de la radiación (infrarroja en este trabajo) con el tejido. Para confirmar la viabilidad de esta técnica se implemento un interferómetro Mach-Zehnder. A partir del patrón de interferencia generado con los fotones balísticos se caracterizaron los medios usados en este trabajo, placas de vidrio y jamón de pavo comercial. Se describió y trabajó con el concepto de interferencia heterodina, es decir, la variación de camino óptico dependiente del tiempo. Para ello, se colocó uno de los espejos del interferómetro sobre un posicionador piezoeléctrico tal que el desplazamiento del espejo genere un corrimiento del patrón de interferencia observado. Además, para estudiar la variación de la incidancia en más de un punto sobre el medio bajo estudio, se desarrolló un sistema escáner que permita evaluar la transiluminación sobre un área, perpendicular a la dirección de propagación, en este caso 25 mm2. Primero se caracterizó la placa de vidrio para calibrar el método y confirmar su funcionamiento. Posteriormente, se caracterizó el jamón de pavo como un simulador de tejido biológico ya que presenta inhomogeneidades y es un medio, ópticamente, denso. Para caracterizar los medios se midió el cambio de la incidancia en el patrón de interferencia en el plano de observación. Con los valores de incidancia medidos se determinó la transmisión respectiva aumentando el número de placas y láminas de jamón. Con este resultado y haciendo uso de la Ley de Beer-Lambert se calculó el coeficiente de absorción, propiedad óptica del medio. Adicionalmente, se logró caracterizar un medio denso a pesar de las pérdidas considerables de radiación. Se observó que los cambios de incidancia a lo largo de una línea horizontal o vertical son indicios de inclusiones dentro del medio, situación análoga a la presencia de un tejido anormal en el cuerpo ya que modifica las propiedades ópticas del medio, en este caso, coeficiente de absorción."

Master thesis

Transiluminación Interferencia Función de transmisión Incidancia Fotones balísticos Simulador de tejido INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA OTRAS OTRAS

TRANSILUMINACIÓN A TRAVÉS DE TRES TEJIDOS

BRENDA MIREYA GUZMÁN (2018)

"En este trabajo de investigación simulamos la transmisión del modelo de la sección de un dedo. El objetivo de esta investigación es determinar mediante simulaciones numéricas si es posible percibir una anomalía o inhomogeneidad inmersa en un modelo simplificado de la sección de un dedo compuesto por tres tejidos que consideramos son medios homogéneos, al calcular la transmisión de fotones balísticos. Comparamos las funciones de transmisión del modelo del dedo con y sin anomalía para determinar la presencia de esta, demostrando que es posible detectarla."

Master thesis

TRANSILUMINACIÓN, ABSORCIÓN, ESPARCIMIENTO, TRANSMISIÓN, INTERFEROMETRÍA, RUIDO CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA OPTICA FÍSICA

PULSO – OXIMETRÍA Y ANÁLISIS DE SEÑALES DE TRANSILUMINACIÓN COMO TÉCNICA ÓPTICA PARA DIAGNÓSTICO BIOMÉDICO

CAMILLE VAZQUEZ JACCAUD (2011)

"La espectroscopía en infrarrojo cercano proporciona información biológica útil cuando radiamos tejido vivo y la luz ha atravesado el tejido en el intervalo de longitudes de onda conocido como ventana terapéutica (650 nm a 1050 nm). Uno de los principales problemas que vemos en la aplicación de las técnicas espectroscópicas en sujetos vivos es que el sujeto está poco dispuesto a cooperar y la muestra sufre de variaciones temporales significativas, debido a las condiciones y estado de salud; desde el punto de vista radiométrico se introduce ruido en las mediciones en cantidades variables.

Analizamos en diferentes casos representativos a las señales de transiluminación en tejido delgado y en tejido grueso, además desarrollamos un sintetizador de su forma de onda de pletismografía. Buscamos tener una metodología de estudio y análisis de las señales biológicas que son muy complejas (muchos factores internos y externos afectan a las mediciones en sujetos vivos) para poder desarrollar técnicas de medición cada vez más precisas, más confiables y útiles para el diagnóstico y monitoreo clínico. Uno de los principales problemas en los dispositivos (oxímetros y oxímetros de pulso) que ayudan a médicos y enfermeras a monitorear signos vitales, es su poca precisión en las mediciones y las falsas alarmas.

Proponemos un método novedoso para monitoreo, basado en mapas de dispersión, que permite obtener baja sensibilidad al ruido. Este método puede usarse con señales espectrales de transiluminación, transmisión o reflección, incluyendo todas aquellas que son afectadas por ruido y efectos temporales inevitables. Utilizamos esta metodología para seleccionar las dos longitudes de onda óptimas para el caso de pulsioximetría. Entonces, usando datos espectroscópicos obtenidos experimentalmente bajo diferentes condiciones, hacemos un análisis de señales de transiluminación resaltando características novedosas como la observación de que las formas de onda de fotopletismografía se conservan y que la componente de camino óptico. También usamos estos datos para generar una metodología basada en mapas de dispersión, siendo la desviación estándar la expresión estadística propuesta como la figura de mérito, en presencia de ruido, debido a la característica de estado vivo del sujeto bajo prueba, para determinar valores precisos de saturación de oxígeno."

Doctoral thesis

OXIMETRÍA, PULSIOXIMETRÍA, TEJIDO HUMANO, TRANSILUMINACIÓN, ANÁLISIS DE SEÑALES CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA INSTRUMENTOS ÓPTICOS

TRANSILUMINACIÓN BIOMÉDICA CON FOTONES BALÍSTICOS

PAULINO VACAS JACQUES (2009)

"En este trabajo de investigación, exponemos un análisis estocástico de Monte Carlo para describir el proceso de transiluminación en tejidos. Un estudio para validar el método estocástico es presentado, además de un análisis de convergencia de los cálculos de Monte Carlo. De este análisis, proponemos dos avenidas para llevar a cabo transiluminación con fotones balísticos. Primero, sugerimos aprovechar las diferencias en fase que sufre la radiación al atravesar el medio turbio. Segundo, mostramos que los cambios en la dirección de propagación pueden fungir como fundamento de un sistema para realizar transiluminación balística.

Enseguida, abordamos el fundamento matemático y la validación experimental de una técnica que emplea fotones balísticos en un interferómetro de coherencia parcial. Para este propósito, tomamos ventaja de las diferencias en fase que ocurren en la interacción entre radiación y tejido. Demostramos que la implementación depende del tejido bajo prueba, de la potencia incidente, de las características espaciales y espectrales de la fuente, así como de la electrónica de detección. Usando las métricas de diagnóstico, prevemos que esta propuesta puede complementar las técnicas de caracterización y formación de imágenes empleadas en la biomedicina. Para este fin, proponemos un procedimiento de normalización para estudios in vitro e in vivo. Éste sirve para cancelar las aportaciones no relacionadas con la muestra.

La validación de la técnica se efectúa a través de caracterizar (símiles de) tejido dental con fotones balísticos. En específico, determinamos la función de coherencia de las muestras, confirmando la atenuación exponencial de la radiación. Mediante este análisis, obtenemos los coeficientes de esparcimiento de las muestras. Una buena correspondencia entre el experimento y la teoría, para el primer conjunto de datos, sirve para establecer que la transiluminación con fotones balísticos es factible para aplicaciones biomédicas selectas. Para ahondar en el origen de las discrepancias en el experimento, presentamos los interferogramas analíticos de la técnica. El modelado estocástico permite determinar los parámetros de amplitud y fase para calcular los interferogramas. La variabilidad entre muestras es evaluada estudiando símiles de tejido como los usados en la validación experimental. Éstos representan tejido dental anormal."

Doctoral thesis

TRANSILUMINACIÓN, BIOMÉDICA, FOTONES BALÍSTICOS, MÉTODO DE MONTE CARLO, INTERFEROMETRÍA, INTERFERÓMETRO DE COHERENCIA PARCIAL, TEJIDOS CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA LUZ