Resumen de Localización de emuladores de carcinomas en modelos experimentales de mama mediante tomografía de impedancia eléctrica basada en linear back projection

Marcos Gutiérrez López, Javier Díaz Carmona, Juan Prado Olivarez, José Antonio Gutiérrez Gnecchi, Marco A. Rodríguez Frías, Celia Francisco Martínez

• español

  Resumen Introducción: La medición y caracterización de la impedancia eléctrica de los tejidos biológicos permite distinguir entre tejidos sanos y patológicos. El uso de técnicas como la tomografía de impedancia eléctrica es muy utilizada en pruebas clínicas a través de diversas aplicaciones. En este trabajo se emplea el método Linear Back Proyection (LBP) para reconstruir imágenes a partir de la medición de impedancia eléctrica con el objetivo de localizar emuladores de carcinoma insertados en modelos de agar-agar con forma de mama femenina. Método: Un arreglo anillar de ocho electrodos fue empleado para realizar mediciones de impedancia en siete modelos de agar-agar con forma de mama femenina. Se diseñó y simuló en el software COMSOL un corte transversal de una mama femenina sana (sin emuladores) que representa el plano de medición del arreglo anillar de electrodos. Se calcularon los mapas de sensibilidad de cada par de electrodos a lo largo de la medición de impedancia utilizando los datos de la distribución de conductividad del modelo simulado. Finalmente, la reconstrucción de la imagen de tomografía eléctrica para cada modelo se obtuvo aplicando el algoritmo LBP a los valores de impedancia eléctrica medidos en el arreglo anillar de electrodos. Resultados: Se calcularon los mapas de sensibilidad a partir de las mediciones de impedancia obtenidas de cada modelo experimental considerado. Como resultado se generó una matriz de sensibilidad que caracteriza la distribución de los potenciales eléctricos dentro del plano de medición simulado en COMSOL. La zona de localización obtenida fue correcta para todos los modelos experimentales con emuladores de carcinomas insertados fuera del centro del arreglo anillar de electrodos. Discusión o Conclusión: De acuerdo con los resultados obtenidos del proyecto descrito, la metodología propuesta permite la generación de imágenes para localizar emuladores de carcinoma con diámetros aproximados de 1 cm, ello a través de un enfoque no iterativo. Por lo anterior, la localización no requiere una alta complejidad computacional. La localización de un emulador de carcinoma insertado en la zona central del modelo de mama femenina no se obtuvo correctamente debido a la baja sensibilidad de la configuración anillar de los electrodos en dicha zona.

• English

  Abstract Introduction: The electrical impedance measurement and characterization of biological tissues allow to distinguish between a healthy and pathological tissues. The use of techniques such as electrical impedance tomography is widely used in clinical testing through various applications. In this work the Linear Back Projection (LBP) method is employed to reconstruct images from electrical impedance measurements in order to obtain the location of carcinoma emulator previously inserted within female-breast-shaped agar-agar models. Method: A ring arrangement of eight electrodes was used for measuring the impedance on the seven female-breast-shaped agar-agar models. A cross section of a healthy female breast (without emulators) corresponding to the measurement plane of the ring electrode arrangement was designed and simulated in the COMSOL software. The sensitivity maps of each pair of electrodes along the impedance measurement were computed using the conductivity distribution data obtained from the simulated model. Finally, the reconstruction of the electrical tomography images was achieved by applying the LBP algorithm to the electrical impedance values measured form the electrode ring arrangement. Results: The sensitivity maps were computed from the electrical impedance measurements for each defined experimental model. As a result, a sensitivity matrix characterizing the electrical potentials distribution within the simulated measurement plane in COMSOL was obtained. The zone locations for all the experimental models with carcinomas emulators inserted outside the center of the electrodes ring arrangement were correctly obtained. Discussion or Conclusion: According to the results obtained from the described project, the proposed methodology allows the generation of images to locate carcinoma emulators with approximate diameters of 1 cm through a non-iterative approach. Therefore, the location does not require a high computational complexity. The localization of a carcinoma emulator inserted on the central zone of the female breast model was not correctly obtained due to the low sensitivity of the electrode ring arrangement in such zone.