Estudio de las técnicas de envolventes para la evaluación de la concentración celular basada en ultrasonidos

Fernández Lozano, Alba (2019). Estudio de las técnicas de envolventes para la evaluación de la concentración celular basada en ultrasonidos. Thesis (Master thesis), E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM).

Description

Title: Estudio de las técnicas de envolventes para la evaluación de la concentración celular basada en ultrasonidos
Author/s:
  • Fernández Lozano, Alba
Contributor/s:
  • Elvira Segura, Luis
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Ingeniería Acústica
Date: 5 February 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Meningitis meningocócica en niños; Ultrasonidos
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Otro
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El presente Trabajo de Fin de Máster se enmarca en un proyecto de investigación del Grupo de Ultrasonidos en Líquidos y Bioingeniería (ULAB) del Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información “Leonardo Torres Quevedo” (ITEFI), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), que tiene como finalidad el desarrollo de instrumentación y metodología para el diagnóstico médico de meningitis bacteriana en neonatos a partir de ecografía. Dicho método de diagnosis busca conocer la concentración de leucocitos en el líquido cefalorraquídeo de forma no invasiva a partir de imágenes ecográficas realizadas a través de la fontanela aún abierta del bebé. Este valor es representativo ya que puede aportar información sobre la existencia de una enfermedad infecciosa. Para llevar a cabo este objetivo, es preciso el desarrollo de técnicas de evaluación de la concentración en suspensiones celulares mediante ultrasonidos, es decir, técnicas cuantitativas de análisis que aporten información sobre las propiedades de la microestructura del medio de propagación de la señal acústica. Los métodos cuantitativos (QUS) abarcan diversas técnicas de análisis de señales ecográficas como son la parametrización espectral, la elastografía, la evaluación del flujo a partir de ecografía Doppler y la estadística de envolventes. El presente proyecto se centra en esta última, la cual se basa en extraer información sobre las propiedades del tejido a partir de la forma de la envolvente de la señal generada por las diversas reflexiones del ultrasonido. A partir de esta técnica se puede estimar la densidad de reflexiones que forman la señal y, por tanto, la densidad de reflectores presentes en el medio. Es preciso, por tanto, encontrar un modelo estadístico que caracterice el tipo de señal que será manejada por lo que se incluye un estudio teórico de las distribuciones estadísticas. Una vez encontrado el modelo (distribución K-homodina), es implementado para obtener un algoritmo de cálculo que evalúe la concentración a partir de una imagen ecográfica de una suspensión concreta. Se ha evaluado la eficacia del algoritmo a partir de simulaciones y resultados experimentales. Además, se han propuesto diferentes técnicas de optimización y se ha demostrados la eficacia de la metodología para cuantificar la concentración de suspensiones celulares en rangos relevantes para el cribado de enfermedades como la meningitis. Abstract: This Master Thesis is framed within the research project of the Ultrasound in Liquids and Bioengineering Group of the Institute of Physical and Information Technologies “Leonardo Torres Quevedo”, of the Spanish National Research Council. This project aims to develop the instrumentation and methodology for the ultrasound-based medical diagnosis of bacterial meningitis in neonates. Such method is based on the non-invasive measurement of the leucocyte concentration in the cerebrospinal fluid. The measured is performed using ultrasound images obtained through the fontanel of the new-born. The leucocyte concentration provides information about the existence of an infectious disease. For this purpose, it is necessary to develop techniques for evaluating the concentration in cell suspensions using ultrasound, that is, quantitative methods to analyze the microstructure of the medium where the acoustical signal propagates. In ultrasound, Quantitative Ultrasound (QUS) techniques can encompass a wide variety of techniques including spectral-based parameterization of ultrasound signals, tissue elastography techniques, Doppler flow evaluation and envelope statistics. The present project focuses on the latter, which consists of the extraction of information about the properties of the tissue from the echo envelope generated by the scattering of ultrasound. This technique allows estimation of the density of scattering waves and, therefore, the density of scatterers in the media. To end with, the development of a statistical model which characterizes the type of signal that will be analysed is required. In order to do so, the project includes a theoretical study of the different statistical distributions. Once the model is found (Homodyned K-distribution), it has been implemented as an algorithm which evaluates the concentration of a given suspension from an ultrasound image. The efficiency of the algorithm has been evaluated from simulation and experimental results. In addition, different optimization techniques have been proposed. The methodology has proved effective to quantify the concentration of cell suspensions in relevant ranges for the screening of diseases such as meningitis.

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Item ID: 55373
DC Identifier: http://oa.upm.es/55373/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:55373
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 10 Jun 2019 06:20
Last Modified: 10 Jun 2019 06:20
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