Diseño de un dispositivo para la caracterización dieléctrica de tejidos colorrectales

Abstract

[ES] Actualmente, el cáncer de colon se ha convertido en una enfermedad que presenta una alta incidencia y mortalidad en muchos países. Debido a esto, así como a una fase inicial asintomática prolongada, una detección temprana aumenta en gran medida la probabilidad de supervivencia y disminuye el coste de los tratamientos. Entre los diferentes métodos de detección, el procedimiento de colonoscopia se utiliza como método de cribado en muchos países y está considerado como el “gold standard” en esta patología. Por lo tanto, debido a su implementación extendida, mejorar el procedimiento de colonoscopia puede tener un gran impacto en la mejora del diagnóstico de los pacientes. Conocer las propiedades electromagnéticas de los tejidos biológicos con la mayor exactitud posible tiene una gran importancia en el diseño de un elevado número de aplicaciones biomédicas. Debido a que el cáncer provoca modificaciones estructurales en las células que a su vez generan cambios en las propiedades electromagnéticas, es posible desarrollar aplicaciones de detección de cáncer que se basen en este principio. Además, se ha reportado en la literatura, que existe una diferencia considerable en los valores de propiedades dieléctricas de los tejidos sanos y cancerosos, lo cual abre la puerta al empleo de esta técnica como método de diagnóstico. En lo que se refiere al cáncer de colon, existe la posibilidad de acceder de forma más o menos sencilla a este tejido durante procedimientos endoscópicos. El objetivo principal de este trabajo es diseñar, desarrollar e implementar un dispositivo que ayude en la detección de cáncer colorrectal durante la colonoscopia haciendo uso de las diferencias en las propiedades dieléctricas de tejidos sanos y tumorales. Teniendo en cuenta la carga tan elevada de muestras y las limitaciones de espacio presentes dentro de una sala de extracción de muestras biológicas, se propone un dispositivo que pueda medir in situ las propiedades dieléctricas de las biopsias tomadas durante el proceso de colonoscopia. Este dispositivo se basa una sonda de reducido tamaño que permite realizar medidas de muestras reducidas de tejido como son las biopsias. De forma adicional, el dispositivo presentará un software adaptado para ser utilizada por profesionales sanitarios. Además de controlar el sistema, guiará a los médicos a lo largo de los procesos de calibración y medición, realización de la medida y almacenamiento de los datos.

[EN] Currently, colorrectal cancer has become a disease with a high incidence and mortality in many countries. Because of this and a prolonged asymptomatic initial phase, an early detection greatly increases the life expectancy and decrease the cost of the treatments. Among the different detection methods, the colonoscopy procedure is used as a screening method in many countries and is considered the gold standard in this type of pathologies. Therefore, due to its widespread implementation, improving the colonoscopy procedure can lead into a great impact on improving the diagnosis of patients. The knowledge of the electromagnetic properties of biological tissues pays a key role in the design of many biomedical applications. Cancer causes structural modifications in cells that induce changes in dielectric properties. This phenomenon can allow to develop cancer detection applications based on this principle. In addition, a noticeable difference in the values of dielectric properties of healthy and cancerous tissues has been reported in literature. Such difference open the door to be used as a diagnostic principle. Besides, regarding colon cancer, tissues can be reached using endoscopic procedures. The main objective of this work is to design, develop and implement a device that helps in the detection of colorectal cancer during colonoscopy making use of the differences in the dielectric properties of healthy and tumour tissues. Taking into account the space limitations in an endoscopic room, a device that allow in situ measurements of the dielectric properties of the biopsies during the colonoscopy procedure is develop. This device is based on a small probe that allows measurements of small tissue samples such as biopsies. Additionally, the device will include a software adapted for the use by healthcare professionals. This software will allow to control the system, as well as it will guide physicians along the calibration process, performing the measurement, and data storage.

[CA] Actualment, el càncer de colon s’ha convertit en una malaltia que presenta una alta incidència i mortalitat en molts països. Per això, així com a una fase inicial asimptomàtica prolongada, una detecció primerenca augmenta en gran mesura la probabilitat de supervivència i disminueix el cost dels tractaments. Entre els diferents mètodes de detecció, el procediment de colonoscòpia s’utilitza com a mètode de garbellat en molts països i està considerat com al “gold standard” en aquestes patologies. Per tant, degut a la seua implementació estesa, millorar el procediment de colonoscòpia pot tindre un gran impacte en la millora del diagnòstic dels pacients. Conèixer les propietats electromagnètiques dels teixits biològics amb la major exactitud possible té una gran importància en el disseny d’un elevat nombre d’aplicacions biomèdiques. Degut a que el càncer provoca modificacions estructurals en les cèl·lules, que al seu torn generen canvis en les propietats dielèctriques, es possible desenvolupar aplicacions de detecció de càncer basades en aquest principi. A més a més, s’ha demostrat en la literatura, que existeix una diferència considerable entre els teixits sans i cancerígens, la qual cosa obri la porta a l’aplicació d’aquesta tècnica com a mètode de diagnòstic. Pel que fa al càncer de colon, existeix la possibilitat d’accedir d’una manera més o menys senzilla a aquest teixit durant procediments endoscòpics. L’objectiu principal d’aquest treball és dissenyar, desenvolupar i implementar un dispositiu que ajude en la detecció del càncer colorrectal durant la colonoscòpia fent ús de les diferències en les propietats dielèctriques de teixits sans i tumorals. Tenint en compte la càrrega tant elevada de mostres i les limitacions d’espai presentades dins d’una sala d’extracció de mostres biològiques, es proposa un dispositiu que siga capaç de mesurar in situ les propietats dielèctriques de les biòpsies preses durant el procés de colonoscòpia. Aquest dispositiu presenta una sonda de mida reduïda que permet realitzar mesures de mostres reduïdes de teixit com les biòpsies. De manera addicional, el dispositiu presentarà un software adaptat per a ser utilitzat per professionals sanitaris. A més de controlar el sistema, guiarà als metges al llarg dels processos de calibratge i medició, realització de la mesura i emmagatzemament de dades.