Diseño e implementación de sistemas de medida no invasivos basados en microondas para aplicaciones médicasdetección del desplazamiento cerebral, detección de aneurismas de aorta abdominal y evaluación de la calidad de las suturas de anastomosis intestinal

Abstract

RESUMEN La imagen médica es una tecnología no invasiva que se utiliza para visualizar el interior del cuerpo humano con el fin de diagnosticar, monitorizar o detectar alguna anomalía. En los últimos años los sistemas de imágenes por microondas para aplicaciones médicas se han convertido en una técnica ampliamente investigada debido a su potencial para proporcionar herramientas de diagnóstico portátiles, seguras, de bajo coste y no ionizantes. Esta Tesis Doctoral está centrada en el desarrollo de tres sistemas de imagen médica por microondas basadas en radar para distintas aplicaciones de diagnóstico médico, en concreto la detección del desplazamiento cerebral, la detección de aneurismas de aorta abdominal y la evaluación de la calidad de las suturas de anastomosis intestinal mediante la determinación de fugas anastomóticas. Los sistemas desarrollados se han adaptado a cada una de las aplicaciones tanto a nivel hardware como software. En la parte software se ha utilizado un procesado de señal en el dominio del tiempo y algoritmos de imagen médica para obtener una mejor interpretación de los resultados. Con respecto a los elementos más importantes del sistema de la parte hardware, casi todo el esfuerzo se ha centrado en la realización de tres tipos distintos de antenas monopolo impresas de banda ancha de pequeño tamaño adaptadas a las necesidades del sistema y de la aplicación. El primer sistema de imagen médica por microondas basado en radar presentado en este trabajo muestra una prueba de concepto para la detección del desplazamiento cerebral. Este sistema utiliza 12 antenas idénticas para la transmisión y recepción de señales de banda ancha hacia el objeto bajo estudio. Las antenas son de tipo monopolo impresas de banda ancha con alimentación coplanar y una geometría rectangular escalonada, que se sitúan sobre una especie de casco. Este sistema se basa en la estimación de las variaciones tanto de la posición como de la geometría del cerebro para detectar si se han producido variaciones destacables. El segundo sistema desarrollado en esta Tesis muestra una prueba de concepto para la detección de aneurismas de aorta abdominal. Este sistema utiliza 16 antenas idénticas que se sitúan sobre una lámina de metacrilato que se ha posicionado encima de un modelo de torso. La antena propuesta es una antena de parche rectangular monopolo impresa de banda ancha con alimentación microstrip y dos slots o ranuras en el plano de tierra. Este prototipo tiene la capacidad de generar imágenes en un plano que permite la detección, localización y la fácil identificación visual, de posibles aneurismas de aorta abdominal con un bajo error en su posicionamiento. El ultimo sistema propuesto en este trabajo está centrado en la evaluación de la calidad de las suturas de anastomosis intestinal mediante la determinación de fugas anastomóticas. El sistema está compuesto de dos aplicadores y cada uno presenta cuatro antenas independientes. Las antenas son de tipo monopolo impreso de banda ancha con alimentación microstrip, la geometría seleccionada en este caso es de tipo rectangular y presenta una transición entre la línea de alimentación y el parche radiante. Los aplicadores han sido diseñados con distintos materiales para focalizar la radiación hacia la zona de medida. Se ha desarrollado un modelo digital de los aplicadores junto con un modelo de intestino, en el que se han analizado las distintas fases y procesos de la anastomosis. En base a los resultados obtenidos, tanto en el dominio del tiempo como de la frecuencia, se concluye que el sistema permite detectar las diferentes fases del proceso de anastomosis, así como una posible fuga anastomótica. Palabras clave Sistemas RADAR; sistemas de imagen médica por microondas; antenas impresas de banda ancha; antenas embebidas; procesado de señal; algoritmos de imagen médica. ________________________________________________________________________________________