Espectroscopia óptica de imagen para el control de calidad en industria alimentaria, monitorización en línea de procesos de soldadura y discriminación de patologías tumorales en tejidos cancerígenos

• Autores: P. Beatriz García Allende, Olga María Conde Portilla
• Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 45, Nº. 3 (Especial XII ENO - III CANCOA), 2012, págs. 345-360
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Hyperspectral imaging for diagnosis and quality control in agri-food and industrial sectors and tissue biopsy
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    La espectroscopia óptica se ha empleado en múltiples campos, ya sea (bio-quÍmicos, biológicos, físicos o astronómicos debido a su gran especificidad, ya que cada sustancia es distinguible de forma inequívoca de todas las demás a partir de sus propiedades espectrales. El análisis de un material no homogéneo requeriría o bien enfocar sucesivamente el sistema óptico punto a punto sobre la superficie del mismo, replicar los sistemas de iluminación y captación o realizar una única medida promedio tal y como hace la espectroscopia clásica. Una forma mucho mas eficiente de abordar el análisis y posterior establecimiento de la distribución local de las propiedades de materiales no homogéneos es mediante la técnica denominada espectroscopia de imagen, que consiste en la medida simultánea de las componentes ópticas del espectro y la localización espacial del mismo. Debido a sus características de operación mínimamente invasivas esta técnica puede dar solución a multitud de problemas en diversos sectores industriales y en la diagnosis médica. Este trabajo revisa un compendio de soluciones basadas en espectroscopia de imagen hiperespectral para diversas problemáticas existentes en los sectores agroalimentario, industrial y de diagnosis médica. Dichas contribuciones se realizaron dentro del marco de la tesis doctoral de Pilar Beatriz Garcia Allende titulada "Contribuciones al desarrollo de nuevas técnicas de interpretación y sistemas basadas en espectroscopia de imagen". Inicialmente se describe el diseño y montaje de un sistema de imagen hiperspectral asi como su validación para la discriminación en línea de producción de materias primas. A continuación se describe la extensión de su aplicación a la monitorización en tiempo real de procesos de soldadura y finalmente, se analizarán las modificaciones necesarias en el sistema de adquisición para extraer información relevante de tejidos biológicos que permitan determinar el margen quirúrgico en cirugías de resecación de cáncer. Adicionalmente se presentará un método automático de interpretación de la firma espectral de esparcimiento que permite no solamente determinar el margen tumoral sino también la distinción de diversas patologías asociadas a éste.

  • English

    Optical spectroscopy has been utilized in various fields of science, industry and medicine, since each substance is discernible from all others by its spectral properties. However, optical spectroscopy traditionally generates information on the bulk properties of the whole sample, and in applications in the agri-food industry for example some product properties result from the heterogeneity in its composition. This monitoring is considerably more challenging and can be successfully achieved by the so-called hyperspectral imaging technology, which allows the simultaneous determination of the optical spectrum and the spatial location of an object in a surface. In addition, it is a non-intrusive and non-contact technique which gives rise to a great potential for industrial applications and it does not require any particular preparation of the samples, which is a primary concern in food monitoring. This work illustrates an overview of approaches based on this technology to address different problems in agri-food, industrial and life-sciences sectors. The reviewed contributions comprise the doctoral thesis of Pilar Beatriz Garcia Allende and are focused on the development of new interpretation techniques and systems based on imaging spectroscopy. A hyperspectral imaging system was originally designed and tested for raw material on-line discrimination, which is a key factor in the input stages of many industrial sectors. The combination of the acquisition of the spectral information across transversal lines while materials are being transported on a conveyor belt, and appropriate image analyses have been successfully validated in the tobacco industry.

    Secondly, the use of imaging spectroscopy applied to online welding quality monitoring is discussed and compared with traditional spectroscopic approaches in this regard. Lastly, by means of the interpretation of light scattering signals that occur in biological tissue, a surgical guidance system to delineate tumor margins was developed.