Fotónica y técnicas de interpretación aplicadas al diagnóstico de patologías cardiovasculares y dermatológicas
- Autores: Eusebio Real Peña
- Directores de la Tesis: Olga María Conde Portilla (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Número de páginas: 149
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Miguel López Higuera (presid.), Ignacio Raúl Matías Maestro (secret.), Jesús Lancis (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Tecnologías de la Información y Comunicaciones en Redes Móviles
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: UCrea
- Resumen
- español
Gran parte de la investigación en medicina se centra en descubrir los fenómenos físicos y bioquímicos que, o bien son patológicos en sí mismos o son sintomáticos de estos. Una vez descubiertos, se desarrollan técnicas capaces de aprovechar la información obtenida mediante la interacción con estos fenómenos para inferir información de relevancia diagnóstica basándose en las diferencias que presentan dichos fenómenos en tejido sano y enfermo.
El trabajo presentado en este documento de tesis se centra en la aplicación de la Tomografía de Coherencia Óptica (OCT, del inglés Optical Coherence Tomography) en el ámbito cardiovascular y dermatológico y en el análisis de los datos obtenidos de cara al diagnóstico automatizado de diferentes patologías. En el área cardiovascular, esta tesis se focaliza en la caracterización de la pared de la arteria aorta y de las cuerdas tendinosas de la válvula mitral humana como primera aproximación al estudio de dos elementos vitales en el sistema cardiovascular: el corazón y los vasos sanguíneos. Igualmente, se aplica OCT en el ámbito dermatológico en combinación con dermatoscopia como primera aproximación al estudio de lesiones en la piel con el objetivo de caracterización y diagnóstico de melanoma.
El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST, National Institute of Standards and Technology) ha publicado un documento en el que presentan los principales retos de la tomografía de coherencia óptica y otras tecnologías de cara al diagnóstico. En este documento se identifican tres grandes retos para OCT: el desarrollo de fuentes de barrido en longitud de onda, la falta de bases de datos de propiedades ópticas de los tejidos y el escaso conocimiento de los cambios producidos en los tejidos tras la interacción con la radiación electromagnética. Este documento de tesis se centra de lleno en los dos últimos aspectos, generando conocimiento sobre tres áreas poco estudiadas según se refleja en el estudio bibliográfico realizado al respecto: • Aneurisma de aorta Se ha aplicado por primera vez la tomografía de coherencia óptica para caracterizar y cuantificar la degradación de la pared arterial en aorta humana. Este método permite producir suficiente información, cuya exactitud y validez diagnóstica se ha comparado satisfactoriamente con las técnicas histológicas convencionales. Su rapidez de adquisición, la facilidad de medida sin realizar cortes histológicos o tinciones y su sencillez de interpretación hacen de esta técnica una herramienta con un gran potencial de ser utilizada para la caracterización de tejidos en condiciones de tiempo real en el ámbito intraoperatorio.
Además, la rápida y sencilla aplicación de esta técnica, permite visualizar múltiples cortes sobre el tejido en diferentes regiones de una muestra, obteniendo un mapeo tridimensional completo del tejido. Esto ha permitido la caracterización de multitud de muestras en gran detalle y su análisis demuestra que la degradación en la pared arterial no es uniforme, ni longitudinalmente, ni transversalmente en el vaso. Se ha comprobado cómo la cuantificación histológica de la degradación es útil, pero no infalible, puesto que la degradación de la pared arterial es un fenómeno que ocurre en todo el vaso de forma discontinua. Según se recoge del análisis de las muestras, tanto mediante OCT como mediante técnicas histológicas, ni siquiera la patología de la válvula aórtica bicúspide implica una degradación total de la pared.
• Estudio de las cuerdas tendinosas de la válvula mitral Se ha aplicado por primera vez la tomografía de coherencia óptica, y su variable sensible a la polarización, para la caracterización de las cuerdas tendinosas humanas. Estas cuerdas son esenciales para el correcto funcionamiento de las válvulas mitral y tricúspide, y su caracterización mediante OCT aporta conocimiento de un componente esencial para el correcto funcionamiento del corazón. La tomografía de coherencia óptica permite ver tanto la parte externa como el núcleo de estas cuerdas tendinosas. Esto permite, en primer lugar, comprobar la salud estructural de las cuerdas y, en segundo lugar, calcular el parámetro de birrefringencia obtenido mediante la técnica sensible a la polarización. La birrefringencia está asociada a la estimación de la densidad de las cuerdas y permite conocer con precisión las zonas de localización de los haces de colágeno. La disminución del factor de birrefringencia producido por la desalineación y degeneración de las cuerdas de colágeno es indicativa de la patología de la cuerda. La carencia absoluta de colágeno en algunas regiones de las cuerdas implica una pérdida de propiedades que debe ser valoradas por el cirujano.
• Estudio de lesiones cutáneas La detección precoz del melanoma es una tarea compleja dada la variabilidad de síntomas que pueden presentar, o peor aún, no presentar dichos tumores. La combinación de diferentes técnicas permite una caracterización más exhaustiva de las propiedades del tejido (absorción, dispersión, estructura, forma y color, etc.) que ayudan a conocer el tumor bajo análisis antes de la realización de una biopsia. En este trabajo se ha utilizado la dermatoscopia con luz polarizada y la tomografía de coherencia óptica para la caracterización de lesiones cutáneas. La dermatoscopia aporta información de forma, color y textura de gran utilidad diagnóstica y la automatización de su análisis ayuda a consensuar criterios, evitar subjetividad y facilitar la teleasistencia. La aplicación de la tomografía de coherencia óptica permite diferenciar dermis y epidermis e incluso regiones con alto contenido en melanocitos gracias a las diferencias de atenuación en los diferentes tejidos.
La aplicación de nuevas técnicas de diagnóstico en el ámbito médico es un proceso laborioso que comienza por una prueba de viabilidad de la técnica para la caracterización de las propiedades que permitan discernir tejidos sanos y enfermos. Las técnicas empleadas en este documento son inocuas para el organismo humano y no requieren la preparación específica de las muestras para su caracterización y diagnóstico. El proceso que va desde el laboratorio hasta el ámbito clínico, o el quirófano, no es posible a no ser que se pruebe la viabilidad, seguridad y, en cualquier caso, comodidad y facilidad de uso del médico especialista en su uso diario. En esta tesis se han aplicado diferentes tecnologías para la caracterización de tejidos, comprobando la viabilidad de todas ellas de forma positiva. El trabajo desarrollado abarca desde la comprensión y estudio de la interacción radiación-tejido, hasta el diagnóstico automatizado de las patologías pasando por la correcta interpretación de las medidas fotónicas en función de la instrumentación elegida, la optimización de las medidas para liberarlas del ruido y artefactos inherentes a las técnicas y el desarrollo de técnicas específicas para realzar la presencia de degradación en los tejidos. Los resultados obtenidos se han publicado en revistas científicas internacionales de reconocido prestigio y defendido en congresos nacionales e internacionales.
- English
The work presented in this thesis document focuses on the application of Optical Coherence Tomography in the cardiovascular and dermatological fields. Optical coherence tomography has been applied for the first time to characterize and quantify the degradation of the arterial wall in the human aorta. This method produces information presenting high accuracy and diagnostic validity has been compared satisfactorily with the conventional histological techniques. Optical coherence tomography and its polarization-sensitive variant have been applied for the first time for the characterization of human tendinous cords, allowing visualization of both the external and the core of these tendinous cords to be seen. Finally, the application of optical coherence tomography together with dermatoscopy allows differentiation of dermis and epidermis and even regions with high content of melanocytes thanks to differences in attenuation in different tissues, helping for the diagnosis of melanoma and other skin lesions.
- español
