Estudio de la formación de imágenes en geometrías de reflectancia usando luz de onda continua en el infrarrojo cercano - Aplicación a la mamografía

Abstract

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 decampo completo usando la propagación difusa de radiación en el infrarrojo cercano mediante 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.