Diseño y desarrollo de un sistema Multimodal de Elastografía. Diagrama de tiempo

Abstract

[ES] A lo largo de los años el mundo de la imagen ha tratado de deshacerse de un ruido conocido como speckle pattern que aparece en las técnicas de imagen basadas en fuentes de luz coherentes. Este patrón provoca una pérdida en la resolución espacial y un emborronamiento de las imágenes. Sin embargo, hace unos años se desarrolló un nuevo uso para este patrón; combinado con el sistema de imagen apropiado, este speckle pattern puede medir las propiedades mecánicas de la superficie de los tejidos apareciendo así la Elastografía Óptica (OE).

La Elastografía Óptica normalmente usa ondas de baja frecuencia para generar una tensión sobre la superficie del objeto y mide su repuesta capturando los cambios del speckle pattern generado con un láser coherente. Con la configuración adecuada, se pueden extraer propiedades mecánicas cuantitativas. No hace falta mencionar la importancia médica que poseen estas medidas, ya que algunas enfermedades o anomalías dermatológicas se presentan como cambios en la rigidez del tejido, hasta ahora medidos por técnicas cualitativas y subjetivas como la palpación.

Avanzando hasta un nuevo nivel, el Laboratorio de Óptica Biomédica de la MTU donde he desarrollado mi proyecto pretende combinar la técnica de OE con pulsos de ultrasonidos para desarrollar un Sistema de Elastografía Multimodal capaz de visualizar la rigidez tanto en como debajo de la superficie de los tejidos. Esta técnica de imagen sería adecuada para la detección de tumores y fibrosis, medidas del flujo sanguíneo, etc. En este proyecto me he centrado en desarrollar un diagrama de tiempo que ayude a construir un setup experimental para obtener medidas ópticas y ultrasónicas simultáneas. El diagrama de tiempo desarrollado nos lleva a la necesidad de incorporar un Time Delay Generator en el sistema, tanto en el flujo del hardware como en el flujo del software. Este sistema también necesita ser portátil para poder, así, ser transportado al laboratorio donde se toman las imágenes de ultrasonidos. Una vez se haya realizado este setup experimental, algunas tareas deberán realizarse para que este sea funcional; como correlacionar ambas medidas y definir qué ratios son relevantes, establecer un límite. Este sistema funcional, podrá entonces ampliar su rango de aplicación a nuevas demandas como la medición del flujo sanguíneo, angiogénesis en tumores y una gran variedad de aplicaciones biomédicas.

[EN] All over the years the imaging world has been trying to get rid of the speckle pattern appearing in coherent imaging techniques as it blurred this images and decreased their spatial resolution. However, some years ago, a brand new use was developed for this speckle pattern; combined with the appropriate imaging system this speckle pattern could measure the surface mechanical properties of tissue thus Optical Elastography was developed. Optical Elastography usually uses low frequency waves in order to apply stress into the tissue and measures its response by capturing the shift of the speckle pattern generated by a coherent laser. With the appropriate imaging configuration, quantitative mechanical properties could be inferred. There is no need to raise the medical importance of this measures, as skin diseases such as melanomas or psoriasis represent themselves as changes in the stiffness, measured before by qualitative and subjective techniques like palpation. Taking one step further, the Biomedical Optics Laboratory in the Michigan Technological University where I have developed my project is aiming to combine OE with Ultrasound pulses in order to get a Multimodal Elastography System capable of visualizing stiffness both at and beneath the surface of tissues. This kind of imaging is good for tumor and fibroid detection, blood flow measurement, etc. In this project I am focused on developing a timing diagram which will help them to put together an experimental setup to get simultaneous ultrasound and optical measurements. The timing diagram developed lead us to the necessity of incorporating a time delay generator into the system both in the hardware and software flux. This system also needs to be portable so it can be moved to the laboratory where the Ultrasound images are taken. Once this experimental setup is built, some remaining tasks should be done in order to be functional; like correlating both measures and defining which are relevant ratios. This system could then be spread to new applications such as measuring blood flow, angiogenesis in tumors and multiple other biomedical applications.