Simulación Monte Carlo en Física médicas

La simulación Monte Carlo del transporte de radiación juega un papel crucial en el campo de la Física Médica: desde la planeación de tratamientos radioterapéuticos hasta el modelado de la interacción de la radiación con la materia a nivel celular y atómico. En esta plática, daremos un repaso de los métodos necesarios para la aplicación del transporte Monte Carlo de la radiación ionizante en dos problemas de tipo radiológico: el cálculo de dosis absorbida en geometrías voxelizadas y la obtención de imágenes mamográficas a partir de modelo antropomórficos de pacientes. Entre los tópicos a discutir se encuentran: uso de imágenes de Tomografía Computarizada en la simulación Monte Carlo del transporte de radiación, modelado de fuentes de radiación y técnicas de reducción de varianza para aumentar la velocidad de convergencia de los resultados.

Estudio dosimétrico del nanosistema 99mTc-HYNIC-HDL en un modelo murino

Las lipoproteínas de alta densidad (HDL) son nanoestructuras que reconocen de manera específica al receptor de membrana SR-B1, el cual se sobreexpresa en varios tipos de cáncer. Su estructura favorece el transporte dirigido de agentes terapéuticos y de imagen, lo que las convierte en sistemas teranósticos. Las HDL muestran largos periodos de circulación en sangre, lo que podrían limitar su marcaje con radionúclidos emisores β. Una opción para disminuir esta larga circulación en sangre es incrementar la excreción renal. Para ello, moléculas hidrofílicas son ancladas a la superficie de la HDL. El sistema conjugado HYNIC-HDL puede ser una alternativa para mejorar parámetros farmacocinéticos, incrementando la excreción renal. El sistema, además, radiomarcado con 99mTc se convierte en nanosistema teranóstico, pues el 99mTc está anclado a la superficie de la HDL indicando el sitio al que se dirige, mientras que el núcleo estará disponible para acarrear un agente terapéutico. El objetivo de este trabajo es preparar y evaluar dosimétricamente el nanosistema 99mTc -HYNIC-HDL en un modelo murino y comparar su biodistribución y dosimetría con la reportada para HDL de manera individual. Se preparó el conjugado colesterol-HYNIC y se añadió a la preparación HDL. La nanoestructura se filtró con filtros de 0.22 μm para garantizar un tamaño menor a 200 nm. Las HYNIC-HDL se radiomarcaron con 99mTc. El sistema 99mTc-HYNIC-HDL se purificó por centrifugación con tubos de membrana de MWCO de 30 000 Da. Ratones sanos CD1 fueron inyectados con 100 μCi del nanosistema y las biodistribuciones se realizaron a los tiempos 0.5, 2, 4, y 24 h (3 ratones por tiempos). A partir de las biodistribuciones se determinó el modelo radiofarmacocinético y se calculó la dosis absorbida por órgano utilizando el formalismo MIRD y el software OLINDA. La biodistribución obtenida se comparó con la del sistema HDL/99mTc-HYNIC-DA en la que el 99mTc-HYNIC-DA está internalizado en el núcleo y la superficie de la HDL no está modificada. Las biodistribuciones mostraron que el nanosistema 99mTc-HYNIC-HDL tiene menor excreción hepatobiliar y mayor excreción renal en comparación con las HDL. Esta excreción renal se le atribuyó a la presencia de la secuencia hidrofílica HYNIC. Como consecuencia de la eliminación renal, la dosis absorbida en hígado debida al 99mTc-HYNIC-HDL disminuyó en comparación con la dosis absorbida producida por el nanosistema HDL/99mTc-HYNIC-DA, mientras que la renal aumentó, como se esperaba. El nanosistema conjugado 99mTc-HYNIC-HDL mostró menor dosis absorbida a hígado y mayor excreción renal en comparación con HDL/99mTc-HYNIC-DA. Sus propiedades dosimétricas son adecuadas para utilizarse como radiofármaco de reconocimiento específico teranóstico en tumores que sobreexpresen el receptor SR-B1.

Validación de una extensión a Geant4-DNA para simular el daño a plásmidos de ADN usando la aproximación de pares independientes

Los códigos Monte Carlo track-structure (MCTS) simulan, desde primeros principios, el daño por radiación ionizante al tejido biológico mediante la cuantificación del daño directo e indirecto al ADN. Para este fin, los modelos físicos y procesos químicos de difusión-reacción de especies químicas producidas en la radiólisis del agua disponibles en códigos MCTS, deben ser validados recreando de manera satisfactoria mediciones experimentales altamente precisas. De esta manera, pueden ser utilizados para interpretar mediciones experimentales, desarrollar experimentos y probar hipótesis. En este trabajo, se llevó a cabo la validación del código MCTS Geant4-DNA para la simulación del daño a plásmidos de ADN. Para este fin, el método de tiempos de reacción independientes (IRT) disponible en una versión de desarrollo de Geant4-DNA, que simula la reacción – difusión de especies químicas, fue extendido para llevar a cabo reacciones con nucleótidos de ADN. Para esto, los nucleótidos se incluyeron en la simulación como puntos espaciales estáticos. Las reacciones entre nucleótidos y especies químicas se consideraron totalmente controladas por difusión utililzando coeficientes de reacción obtenidos de la literatura. Se consideró una efectividad del 40% para la inducción de rompimientos simples (SSB) de ADN para las reacciones entre desoxirribosa y hidroxilo, electrones acuosos e hidrogeno. Las simulaciones consistieron de plásmidos super-enrollados de ADN pUC18 (2686 bases pares) contenidos en una esfera de agua de 1 µm de diámetro, en presencia de dimetilsulfóxido (DMSO) a diferentes concentraciones. Los plásmidos fueron irradiados con espectros de electrones secundarios de rayos gamma de 137Cs o 60Co. Se simularon los siguientes escenarios comparando el número de por energía depositada (μmol/J) con datos experimentales disponibles en la literatura: 1) SSB producidos por 137Cs en función de la concentración de DMSO en el rango de 10-5 mol/L – 1 mol/L, 2) SSB producidos por 137Cs en función de la concentración de ADN en el rango de 10 µg/mL – 100 µg/mL y 3) SSB producidos por 60Co en función de la dosis depositada en un rango de 0.1 Gy – 100 Gy. Para el caso 1), Geant4-DNA es capaz de reproducir los datos experimentales dentro de una diferencia de 4.83×10-3 ± 2.33×10-4 µmol/J y 5.56×10-5 ± 1.64×10-5 µmol/J para una concentración de DMSO de 0.1 mmol/L y 1 mol/L, respectivamente. En el caso 2) se obtuvieron diferencias de 1.45×10-4 ± 1.41×10-4 µmol/J y 1.28×10-5± 2.9310-4 µmol/J para una concentración de 10 µg/mL y 100 µg/ml de ADN, respectivamente. En el caso 3), se obtuvieron diferencias de 1.25 ± 9.42×10-1rompimientos por plásmido. En todos los casos, el tiempo de simulación fue menor a 5 horas en una PC con un procesador i7-6820HK. La extensión implementada al código Geant4-DNA en este trabajo, permite realizar simulaciones de daño a plásmidos de ADN con buena concordancia con datos experimentales de manera eficiente.

Experiencia en la implementación de técnicas avanzadas de radioterapia

La radioterapia es el uso de radiación ionizante para dañar células cancerosas y destruir su capacidad de crecimiento y reproducción. Es un tratamiento local que actúa en la región del cuerpo donde se aplique y su objetivo es que la dosis se deposite en la lesión de la forma más precisa posible, reduciendo al máximo los efectos secundarios y evitando el daño a las células normales. El desarrollo de la radioterapia a través de los años ha permitido mejorar la calidad de los tratamientos; particularmente, el uso de aceleradores lineales y técnicas de intensidad modulada ha incrementado el cuidado del tejido normal (menor toxicidad), permitiendo entregar dosis más altas al blanco (probabilidad de control local de la enfermedad más alta). En esta plática se describe la experiencia del equipo de Física Médica de Médica Sur en la implementación de técnicas de tratamiento como la irradiación holocraneal completa con protección de hipocampos y la irradiación corporal total, usando arcoterapia volumétrica modulada (VMAT).

Medición de factores de dispersión total para campos pequeños en un haz 6 MV sin filtro de aplanado usando película radiocrómica EBT3

La dosimetría en campos de radiación menores a 4 cm x 4 cm es un actual reto en centros de salud que ofrecen servicios de radioterapia debido a que su obtención requiere detectores específicos para su medición. Particularmente para la dosimetría relativa, el código de práctica TRS-483 del OIEA y AAPM proporciona una lista de factores de corrección detector-específico que deben ser aplicados para obtener factores de dispersión total (FDT, o también conocidos como Output factors) utilizados para el posterior cálculo de la dosis absorbida en un plan de tratamiento. La corrección es requerida debido al cambio en el espectro de energía que se observa en dichos haces en comparación a campos convencionales de 10 cm x 10 cm, así como por el efecto de perturbación y efecto parcial de volumen que se produce debido al detector. En este trabajo se utilizó película radiocrómica EBT3 para medir FDT en un haz de 6 MV sin filtro de aplanado producido por un acelerador lineal Clinac iX. El uso de la película se basa en su equivalencia al agua en cuestión a propiedades radiológicas, así como por su alta resolución espacial, características que hacen de la película un detector que no requiere factor de corrección. Las medidas de FDT serán comparadas con los FDT actualmente registrados, y en su momento, medidos por un servicio externo al hospital durante la puesta en marcha del acelerador lineal.

Aplicación del tensor de difusión para el estudio de las fibras cardiacas

Introducción: $\\$ De acuerdo con la OMS las enfermedades cardiovasculares (ECV) son la principal causa de muerte en todo el mundo[1]. El Tensor de Difusión (DTI) nos permite obtener imágenes de las innumerables fibras del corazón (tractografía (tgr)), mediante el análisis del movimiento de las moléculas de agua a lo largo de las fibras. A diferencia del DTI en el cerebro dónde se observan las moléculas de agua inmersas en la mielina, en el corazón observamos las moléculas de agua en los cardiomiocitos[2]. La difusión se explica con la ley de Fick $ J=D∇C .$ $\\$Metodología:$\\$ Se obtuvieron las imágenes por Resonancia Magnética (RM)[3] de un corazón post mortem(pm) de cerdo y de un corazón in vivo(iv). Con una máquina de RM SIEMENS Skyra 3T, secuencia EPI, $ b=350 s/mm^{2}, $ No. de direcciones = 30, grosor de corte = 4mm, tiempo de repetición = 8200 ms, tiempo eco = 95 ms, ancho de banda = 1350 Hz, flip angle= 90°, dimensiones del voxel = 0.77 x 0.77 x 4 mm3. Usando un software especializado (TrackVis) se obtuvieron las tgr de ambos corazones. De las tgr[4] obtenidas se obtuvieron los valores de FA (anisotropía fraccional) con la expresión: $ FA=√(3/2) √([∑(λ _{n} - MD)^{2} ]/[∑(λ_n )^{2} ] )$ donde $λ_{n}$ son los eigenvalores del DTI, e indican el grado de difusión de las moléculas de agua en las fibras cardiacas[3,4]. $\\$Resultados:$\\$ La FA es un valor escalar entre 0 y 1, describe el grado de difusión de las moléculas de agua en un tejido[5]. Un valor de 0 significa que la difusión es isotrópica (no está restringida), un valor de 1 significa que la difusión se produce en un solo eje (restringida en otras direcciones). Los valores de FA reportados en promedio en la literatura para sujetos de prueba sanos son de: 0.52 ± 0.03. De los ROI (regiones de interés) medidos en la pared exterior de los ventrículos izquierdo y derecho respectivamente fueron los siguientes, para el corazón de cerdo pm se obtuvieron los valores de 0.359 y 0.794 con dos ROI respectivamente, mientras que para el corazón iv se obtuvieron los valores de 0.746 y 0.727. $\\$Conclusiones:$\\$ Cuando el corazón cumple con su ciclo sístole y diástole, las fibras de las paredes del ventrículo izquierdo se contraen más que las fibras derechas, esto nos permite tener una cuantificación de los valores de FA cuando las fibras se encuentran contraídas o expandidas, permitiendo que se pueda estudiar una posible patología si al cuantificar los valores de FA se encuentran valores que no concuerden con los obtenidos. $\\$Referencias:$\\$ [1].INEGI, Estadísticas de mortalidad https://www.inegi.org.mx/registros/vitales/mortalidad/ tabulados/ConsultaMortalidad.asp [2] Edelman R. In vivo measurement of water diffusion in the human heart. Magn. Reson. Med. 1994; 32(3) [3] Reese TG. Imaging fiber architecture in vivo with MR. Magn. Reson. Med. 1995; 34(6): 786–791. [4] Johansen Heidi. Diffusion MRI from quantitative measurement to in-vivo neuroanatomy.

La resonancia magnética sintética: una técnica novedosa para el tratamiento de cáncer

La primera imagen de resonancia magnética (RM) del cuerpo humano completo fue publicada en 1977 y desde entonces ha tenido gran auge particularmente en radioterapia. La RM le permite al radio-oncólogo delinear con alta precisión los tejidos tumorales y órganos de alto riesgo. La planeación de la distribución de dosis al paciente requiere de la superposición de imágenes RM con otras generadas por tomografía computarizada (TC). Sin embargo, dicha fusión de imágenes trae consigo una serie de problemáticas que introducen incertidumbres sistemáticas al tratamiento. La eliminación de estas incertidumbres derivó en el desarrollo de la resonancia magnética sintética (RMs) que consiste en la generación de una imagen a partir de una serie específica de secuencias de resonancia, que contiene información sobre la densidad electrónica de los tejidos -necesaria para la planeación de dosis-. El resultado es algo parecido a la TC pero que mantiene la ventaja del alto contraste del tejido suave que brinda la RM. De esta manera la fusión de imágenes se vuelve irrelevante haciendo el flujo de trabajo en la clínica más eficiente y rentable. A pesar de las ventajas, la RMs es usada de manera rutinaria en tan sólo unos cuantos de hospitales alrededor del mundo. En Suecia los Hospitales Universitarios Karolinska y Lund serán pioneros en su implementación. Así, esta plática se concentrará en los desafíos que hemos experimentado al desarrollar el protocolo de control de calidad, desde la generación de las imágenes hasta el posicionamiento del paciente en el acelerador lineal.

Fotoacústica y 3D Doppler a color como herramientas para el monitoreo postoperatorio por VLNT no-invasivo de ganglios linfáticos en ratas

Uno de los procedimientos microquirúrgicos más populares en el tratamiento de linfedema es la transferencia de ganglios linfáticos vascularizados (VLNT). Dicho procedimiento quirúrgico hace que el monitoreo postoperatorio por simple observación clínica sea imposible. Por lo general, se utilizan métodos de imágenes invasivas y de alto costo, tales como la resonancia magnética, linfografía-ICG, CT, etc. Por eso proponemos utilizar ultrasonido Doppler a color 3D y así como fotoacústica (PA) usando las propiedades de fluorescencia del verde de indocianina (ICG) como método no-invasivo. Los ganglios linfáticos inguinales y axilares de 15 ratas jóvenes (Lewis) sanas con peso de 200-320 g (edad 120-160 días) fueron elevados sobre el pedículo. Se crearon tres modelos vasculares postoperatorios ligando quirúrgicamente la arteria (isquemia), la vena (congestión venosa) y dejando el pedículo intacto (saludable). Las ratas fueron divididas en tres grupos de acuerdo con el modelo: isquemia (grupo A), congestión venosa (grupo B) y un grupo control, saludable, como transferencia exitosa (grupo C). Se usó un transductor motorizado de ultrasonido de 38 MHz para Doppler de color como herramienta de monitoreo vascular 3D. Se obtuvieron imágenes Doppler a color 3D de cada modelo respecto del tiempo: inmediato postoperatorio, a las 24 horas y 1 semana después. Se usó ICG para localizar los ganglios con imágenes fotoacústicas. El ICG se inyecto en la extremidad inferior distal derecha evitando inyectar directamente en el ganglio. Se evaluó la mejora de la señal fotoacústica de los ganglios antes y después de inyectar 0.6 mmol/L ICG. Como referencia se realizó una inspección espectral para verificar la presencia de ICG en los ganglios. Se observó suficiente flujo sanguíneo a través del pedículo en todas las mediciones del grupo C. En el grupo B, no se notó ningún flujo a través del pedículo. Mientras en el grupo A, observamos un flujo sanguíneo comprometido a través del pedículo inmediatamente después de la operación, en las mediciones posteriores notamos un flujo venoso lento que se hizo más evidente en las mediciones postoperatorias de 1 semana. La señal PA de ICG se encontró aproximadamente en 805 nm. Se pudo rastrear la presencia de ICG con el incremento en la señal PA como función del tiempo. Podemos concluir que la conjunción de tecnología 3D en ultrasonido y fotoacústica es una herramienta poderosa para el monitoreo postoperatorio de ganglios linfáticos, siendo esta usada por primera vez para estos fines y pudiendo explotar no solamente el análisis anatómico sino fisiológico gracias a las propiedades del ICG y así no solo visualizar el aspecto vascular de los ganglios sino también su funcionamiento. AGRADECIMIENTOS El estudio fue financiado por el Ministerio de Educación, Juventud y Deportes de la República Checa (AZV 17-29084A Proyecto RI LM2015062 Czech-Bioimaging), y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (Proyecto N° CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_013/0001775).

Caracterización y análisis de señales electroencefalográficas en casos de epilepsia del lóbulo temporal utilizando dinámica no lineal

La epilepsia es una afección del sistema nervioso central caracterizado por la interrupción repetida y breve de la conciencia, con o sin convulsiones asociadas a la actividad eléctrica anormal en el cerebro (crisis epilépticas). El trabajo consiste en un análisis de señales electroencefalográficas (EEG) en un grupo de pacientes con epilepsia focal, farmacorresistentes y candidatos a operación. Se estudian 2 tipos de señales: EEG focales (donde se origina la crisis epiléptica) y EEG no focales. Para la caracterización y análisis se aplican distintas técnicas de dinámica no lineal como el Exponente de Hurst, Dimensión Fractal, Análisis de Fluctuación sin tendencia y Parámetros de Hjörth. Se discuten las diferencias detectadas entre ambas regiones y sus implicaciones para un mayor entendimiento de la enfermedad. La investigación se lleva acabo desde un enfoque de sistemas complejos, cuyo objetivo es el desarrollo de un modelo basado en osciladores caóticos acoplados para generar señales artificiales similares a los EEG epilépticos reales estudiados.

Prototipo de respirador artificial controlado y monitoreado por una plataforma IoT

La pandemia del coronavirus provoco un cambio radical en la vida de todos, el número de infectados cada día aumenta más y en algunos hospitales de México no se cuenta con respiradores artificiales para tratar esta enfermedad, ya que son aparatos con un costo elevado. En este trabajo se presenta una alternativa de respirador artificial controlado y monitoreado por una plataforma IoT (internet de las cosas) con cuatro modos determinados, niño, adolescente, adulto y una configuración manual que varía los parámetros físicos; presión, frecuencia y volumen, a través de una estructura y sistema electrónico, con motores a pasos que interactúan con un Ambu médico, modificando el nivel de oxígeno que se le puede suministrar a un paciente.” Palabras Claves— Internet de las cosas (IoT), Respirador artificial, ventilador mecánico, bioingeniería.

Espectro de fondo de cristales centelladores de LYSO de distintas dimensiones

El oxiortosilicato de lutecio con itrio (LYSO) es el cristal centellador más utilizado actualmente en los equipos de imagen de medicina nuclear molecular por emisión de positrones. Los sistemas comerciales y prototipos en desarrollo utilizan geometrías y dimensiones diferentes de estos cristales. Este material presenta un espectro de fondo debido a la radiación intrínseca ya que contienen Lu-176, el cual decae por beta menos a estados excitados del Hf-176 emitiendo rayos gamma de 88, 202 y 307 keV. Si bien el espectro de fondo ya ha sido estudiado para algunos tamaños del centellador, en este trabajo se calculan las probabilidades de escape de los rayos gamma, y con ello los espectros de fondo, para prismas de base cuadrada de longitudes de 1 a 60 mm y grosores de 1 a 20 mm, cubriendo un intervalo de tamaños comúnmente utilizados en los detectores de equipos modernos. Las probabilidades se obtuvieron con simulaciones Monte Carlo utilizando el código PENELOPE, y los espectros se obtuvieron mediante un modelo analítico desarrollado previamente por nuestro grupo. Los resultados de este trabajo pueden ser utilizados para la calibración y la obtención de la resolución en energía de detectores que utilicen el centellador de LYSO.

Respirador artificial automático controlado por WIFi

Debido a la pandemia que actualmente experimentamos, se presentó la necesidad imperante de un tratamiento de soporte vital para los enfermos de SARS-CoV-2, en el que utilizando una máquina que proporciona soporte ventilatorio y de oxigenación, facilitando el intercambio de gases y el trabajo respiratorio para pacientes con insuficiencia respiratoria. El ventilador mecánico, al generar un gradiente de presión entre dos puntos (boca / vía aérea - alvéolo) produce un flujo durante cierto tiempo, lo que genera una presión que tiene que superar la resistencia al flujo y las propiedades elásticas del sistema respiratorio obteniendo un volumen de gas que entra y luego sale del sistema. Nuestro objetivo es construir un respirador artificial de bajo costo y fabricación rápida para satisfacer las necesidades del sector de la salud. Se utilizó una placa de desarrollo NODEMCU ESP8266 que tiene conexión Wifi y una placa Arduino UNO que contiene un microchip ATmega328P, un respirador de mano AMBU, un motor paso a paso NEMA23, un controlador tb6600 para un motor paso a paso, un sensor de interruptor de límite y una pantalla LCD, con interfaz I2C para mostrar datos relevantes. La parte mecánica se construyó completamente según lo requerido por el proyecto. Unido al motor hay un engranaje de doce dientes, que es el responsable de avanzar o retraer una cremallera que está montada en ejes móviles. Esto hace que el AMBU sea presionado o liberado cuando se opera el motor para generar respiración artificial.

Applications of total reflection X-ray fluorescence spectrometry in precision medicine

In this work, we will talk about the principles of the X-ray fluorescence, figures of merit (precision, percentage of recovery, lower limit of detection and signal-to-noise ratio), the advantages of this technique compared to other spectrometric techniques (ICP-OES/AES, ICP-MS), a discussion of clinical and experimental applications of TXRF in the practice of precision medicine and a brief discussion of the specific applications of TXRF spectrometry to health-care issues in México such as Diabetes mellitus type 2 (DMT2). Total reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectrometry offers significant advantages to the new treatment and prevention paradigm called precision medicine. The multi-elemental TXRF technique can analyze elements from Al to U in physiological fluids and tissues, at trace (1-100 parts per million (ppm)) or ultra-trace (<1ppm) levels and can analyze even fundamental units such as groups of cells. Due to its nature, TXRF spectrometry does not inflict any damage on the sample to be measured, thus conferring great reproducibility to the studies carried out. TXRF spectrometry is done using X-rays from synchrotrons or from benchtop tube sources. In this work we will focus on the second. X-ray fluorescence is produced by the interaction of the photons of the primary X-ray with the atoms of the sample. The interaction results in the ejection of a bound-state electron from an inner shell leaving behind a vacancy in that shell that is immediately filled by an electron from an outer shell. The energy of this transition is manifest as an X-ray photon, called the fluoresced X-ray. Since the transition energies between atomic shells are unique to the atoms of each element, the fluoresced X-rays are characteristic of the given element and may be used to identify it. The TXRF spectrometer used in Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo Radiation Studies Laboratory, the Bruker S2 Picofox, consists of a low energy (50 kV) X-ray tube with a Mo anode, 30 mm2 silicon drift detector, and Ni/C multilayered monochromator. The meaning of the term “precision medicine” used by the scientific, medical and health care communities has changed over the last decade. Up till 2015 it was commonly used for genomics and tailored medicine. After ex-president Barack Obama announced the precision medicine initiative, the term became more complex and began including, environmental, behavioral and lifestyle effects in medicine. Precision medicine focuses on collecting multiple forms of data and harnessing the power of big data analysis. The accumulation of certain elements in human organs are implicated in certain diseases, e.g. lead in lead poisoning. Recent studies at the Department of Epidemiology of the Johns Hopkins University found that high selenium levels are correlated with the onset of DBM2. The ability of TXRF to do sensitive elemental analyzes in physiological fluids will advance the early diagnosis and treatment of such diseases.

Control aplicado al modelo matemático de Kuznetvo-Taylor para el crecimiento tumoral

Un problema muy presente durante la aplicación de un tratamiento contra un tumor es la respuesta y evolución del mismo, no podemos conocer con exactitud un tiempo de aplicación adecuado para lograr una reducción deseada del tumor lo cual le permite seguir creciendo. En este trabajo utilizaremos el modelo matemático de Kuznetov-Taylor para observar la evolución de un tumor, este modelo matemático se utilizara por sus antecedentes experimentales donde se observo la evolución de un tumor mediante el método de crecimiento in vitro. Además en este trabajo deseamos implementar un control al crecimiento de estas poblaciones mediante el modelo matemático de tratamientos médicos.

Relación entre dimensión fractal y entropía para mamografías con microcalcificaciones y mamografías con tumores

Realizamos estudios de imágenes de mamografías con microcalcificaciones (MC) y tumores (T). Dichos estudios consistieron en transformar las imágenes en mapas de densidades. Pudiendo distinguir las zonas de MC y T del resto de la imagen. Dichas zonas tienen el máximo valor en la escala de densidades. Al calcular la dimensión fractal (DF) y entropía (S) de dichas regiones pudimos tener una relación entre ellas, asociando un parámetro más para poder diferenciar MC y T con el resto de la mamografía. Finalmente, pudimos comparar los valores de DF entre mamografías con MC y T, resultando que dicho valor es mayor para MC que el valor de T, debido a que las mamografías con MC tiene mayor intensidad en la escala de densidades que las malograrías con T. Este estudio fue realizado para mamografías con diagnóstico, por lo cual puede ser aplicado a nuevas imágenes para la mejora de un diagnóstico en el cual “a ojo” no se puede determinar la ubicación de MC o T. Claramente, este trabajo no permite diferenciar de un T maligno o benigno.

Estudios en Geant4 de la resolución temporal de un cristal LYSO como función del ángulo de incidencia

Realizamos una simulación de un nuevo arreglo de detectores para un PET de animales pequeños, dicha innovación consiste en cristales acoplado un sensor SiPM. En la simulación obtuvimos la resolución temporal como función del ángulo de incidencia del rayo gamma (0.511 MeV). De esta dependencia, será posible conocer la región de impacto del rayo gamma. El objetivo de esta configuración es la implementación en nuevas maquinas PET (uso de SiPM en lugar de PMT), para una mayor eficiencia tanto en la imagen obtenida como en el tiempo en que se puede obtener ésta.

Obtención de CTR en Geant4 en la configuración plástico centellador+SiPM para su implementación en PET

Realizamos una simulación en Geant4 para un prototipo de dos plásticos centelladores BC404 acoplados a un SiPM cada uno y separados una distancia de 40 cm (+20 cm y -20 cm, respectivamente) con la finalidad de la obtención del CTR. En trabajos de simulación previos, se ha encontrado que la resolución temporal intrínseca de esta configuración está en el rango de 2 a 20 ps. Se simularon positrones localizados en el centro del eje que separa a los centelladores. La finalidad de este trabajo es la implementación de esta nueva configuración en un PET de animales pequeños, el cual normalmente utilizan cristales centelladores, que resultan ser más caros que un plástico, al igual que utilizan PMT que operan a un alto voltaje, son de dimensiones grandes y son más caros que un SiPM.

Clasificación de movimientos imaginarios con DL a partir de señales EEG

La electroencefalografía (EEG) es una técnica no invasiva que permite detectar y medir la actividad eléctrica de poblaciones neurales a través de electrodos colocados en el cuero cabelludo. Hay varios tipos de estímulos que pueden ser observados con EEG. Uno de los más relevantes es la imaginación del movimiento de alguna extremidad, conocido como motor imagery (MI). Una interfaz cerebro-máquina (BMI por sus siglas en inglés) es un dispositivo que recibe como entrada señales cerebrales, como EEG, que traduce como instrucciones para controlar un sistema externo. La capacidad de clasificar, es decir discriminar, con alta precisión entre alguna señal de MI contra cualquier otra actividad, y entre la imaginación de uno u otro movimiento es lo que determina la eficacia de una BMI. En este trabajo se implementan algoritmos de aprendizaje profundo (DL por sus siglas en inglés) para encontrar MI de lecturas EEG tomadas con la diadema EMOTIV EPOC+ y del dataset de Physionet. Se contrastan los resultados con arquitecturas 2D CNN reportadas en la literatura y se explora el uso de auto-encoders y RCNN

Cálculos de dimensión fractal de tejidos sanos de distintas densidades, tumores malignos y tumores benignos en mamografía

Una importante consideración en la evaluación de la probabilidad de contraer cáncer de mama es la densidad mamaria. Si se sospecha de una masa mamaria, se pueden aplicar distintos métodos de análisis (i.e. dimensión fractal), para intentar predecir qué tipo de tumor se puede desarrollar. En este trabajo se lleva a cabo una investigación usando imágenes mamográficas. Utilizando la Entropía Local de Shannon, se pretende caracterizar la dimensión fractal de: tumores benignos y malignos, así como tejidos sanos de distintas densidades. Se pretende cuantificar y monitorear el cambio en entropía del tejido sano de distintas densidades a tejido tumoral de todo tipo.

Análisis de cambios en los estados de reposo de RM para una población infantil. Correlaciones con: IMC, depresión y pruebas de coeficiente intelectual

México tiene una de las mayores tasas de obesidad infantil en el mundo. Se ha sugerido que la obesidad produce neuro-inflamación lo que podría inducir déficits cognitivos. Sin embargo, los mecanismos por los cuales se producen estos efectos son desconocidos. Este trabajo pretende identificar si el sobrepeso y/o la obesidad se asocian de alguna forma con la conectividad y anatomía cerebral en niños de edad escolar. Esto se hará a través del estudio y análisis de imágenes por Resonancia Magnética de tres grupos de niños con distinto grado de obesidad (normo peso, sobrepeso y obesos). La física radica en que se desarrollarán distintos análisis estadísticos de correlación (multivariadas, redes neuronales, IA, etc.), para relacionar las distintas variables del estudio con los cambios en la conectividad entre las regiones del cerebro (IRMf) y su estructura (DTI).

caracterización de propiedades termoluminiscentes del BaA1203 para aplicaciones medicas

El desarrollo de materiales capaces de detectar y cuantificar la radiación incidente es básico para construir equipos de protección radiológica y/o diagnóstico médico. Aquí presentamos la caracterización de las propiedades físicas del BaAl203. Este material contiene un 50% de Ba y 50% de Al203. Se desarrollaron dos variantes una sin dopar y la otra dopada con Ce. Se presentan resultados preliminares del estudio de las propiedades termoluminiscentes de ambas versiones. Se realizará una comparación de sus emisiones y su eficiencia, tras ser sometido a radiación ionizante a distintos rangos de energía (i.e. KeV, MeV). Este material se pretende usar en aplicaciones médicas de protección radiológica de personal ocupacionalmente expuesto (POE) a la radiación.

Análisis volumétrico cerebral mediante fMRI a pacientes con esquizofrenia

Una de las técnicas de imagen médica más importantes para el estudio de la esquizofrenia es la resonancia magnética. Esta permite la obtención de datos variados desde anatomía a volumen de ciertas regiones, así como funcionalidad y conectividad entre áreas cerebrales. En el presente trabajo se obtuvieron imágenes anatómicas y funcionales con resonancia magnética de 33 pacientes. Once controles, once pacientes con esquizofrenia y once con esquizofrenia y además trastorno obsesivo compulsivo (TOC). Se analizaron los volúmenes de áreas cerebrales que se sabe son afectadas por estas enfermedades (i.e. Tálamo, Ganglio Basal, etc.). Se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los grupos en todas ellas.

Cálculo del potencial energético de redes de regulación celular por métodos Monte Carlo

Las enfermedades crónico degenerativas son responsables del 63% de las muertes en todo el mundo y representan altos costos en la economía de un país, especialmente en aquellos países en vías de desarrollo. Hasta hace algunos años, se creía que bastaba conocer las unidades básicas que determinan el funcionamiento de las células vivas, llamadas genes, para prevenir y tratar este tipo de enfermedades. Sin embargo, ahora se sabe que los factores ambientales, fisiológicos y conductuales también influyen de manera importante en la aparición de las ENT(enfermedades no transmisibles). Es por este motivo que se ha vuelto indispensable el entender la relación entre los factores de riesgo, los rasgos genéticos de un individuo y la aparición y progresión de una enfermedad para la generación de mejores tratamientos. La Biología Sistémica estudia esas relaciones desde el punto de vista de los Sistemas Dinámicos, es decir, modelando a la célula, el tejido o, incluso, el individuo como un sistema complejo que evoluciona en el tiempo. Al analizar la evolución temporal de este tipo de sistemas, se podría predecir el conjunto de factores que pueden llevar al sistema a un estado de enfermedad o de salud. El paisaje epigenético es un concepto sumamente útil para el análisis de este tipo de sistemas, y tiene las propiedades de un potencial energético. En este trabajo se diseñará y entrenará una red neuronal artificial que represente el paisaje epigenético de un sistema mínimo biestable. Para ello, se resolverá la ecuación de Fokker- Planck asociada al sistema por medio de un método Monte Carlo. Posteriormente, se entrenará la red neuronal con los datos generados de la integración de la ecuación Fokker-Planck.

Comparación de obesos con normopeso, vía el análisis del hipotálamo mediante redes neuronales

Este proyecto de investigación se centra en el analisis de imágenes anatómicas segmentadas del hipotálamo de sujetos de prueba, ello con el fin de estudiar las diferencias entre personas con normopeso y personas con obesidad. El estudio se realizó mediante redes neuronales, de manera no clasificada. Se encontraron resultados preliminares interesantes, si bien no tanto en términos de resultados si en cuanto al uso de redes neuronales en la clasificación/diferenciación de aspectos de interés para imágenes MRI.

Estudios de la resolución solución temporal en Geant4 como función de las dimensiones del centellador y del porcentaje de reflexión

El campo de la medicina nuclear emplea la radiación para la detección, diagnóstico y tratamiento de padecimientos que afectan directamente a los órganos de un paciente. La radiación detectada proviene de una cierta cantidad de un radiofármaco administrado al paciente, sin embargo, se sabe que una exposición constante a una determinada dosis de radiación puede resultar perjudicial para el cuerpo del paciente. Es por ello que se precisa tener una sistema de detección con un alto nivel de eficiencia para que el estudio genere la mayor cantidad de datos posibles sin la necesidad de repetirlo, para poder considerar un sistema como eficiente se requiere que este tenga una resolución temporal baja, esta cantidad permitirá la adquisición de mayor cantidad de eventos en un tiempo menor, invitando a la búsqueda de un radiofármaco con menor tiempo de vida, para provocar menor daño al paciente. En este trabajo se estudia la resolución temporal de un cristal centelleador de oxiortosilicato de lutecio con itrio (LYSO, por sus siglas en inglés), normalmente utilizado para la detección de rayos gamma (0.511 MeV), para su implementación en un PET. Se presentan los resultados de la resolución temporal mediante simulaciones realizadas en Geant4 en las que se varía el tamaño del centelleador y el porcentaje de reflexión. Palabras clave: Cristal centellador, Detector, Resolución temporal, Porcentaje de Reflexión.

Irradiación de iones en tejido ectópico

Se calculó la penetración de iones en tejido conectivo desde la epidermis hasta alcanzar el tejido tiroideo. Se implantaron iones en el tiroides ectópico hasta alcanzar una penetración de hasta 27.2 milímetros. Esta simulación se hizo mediante irradiación de protones en tumores tiroideos usando el software SRIM-2013.

Estudios de resolución temporal en geant4 de un cristal lyso como función del porcentaje de forrado

La Tomografía por Emisión de Positrones (PET por sus siglas en inglés) es una técnica de Imagen molecular que permite el análisis in vivo de procesos biológicos mediante mediciones funcionales y cuantitativas de forma no invasiva. El desarrollo de detectores centelladores usados en PET es un área que ha seguido evolucionando con rapidez, especialmente durante la última década, con énfasis en aumentar la sensibilidad, mejorar la resolución y disminuir los tiempos de exploración del paciente. El MicroPET es un tomógrafo en pequeña escala (presenta los mismos fundamentos físicos que un equipo PET de uso en humanos), diseñado especialmente para su uso en animales pequeños. En comparación con las técnicas convencionales invasivas de estudio en animales, (como la disección de tejidos). El MicroPET brinda la oportunidad de estudiar la progresión de enfermedades, la respuesta terapéutica y los efectos secundarios perjudiciales, también puede medir la bio-distribución dinámica completa de un compuesto marcado en un solo escaneo. La resolución temporal es una cantidad importante en los detectores. Una resolución temporal baja permite tener la mayor cantidad de datos posibles en menor tiempo. Esto mejora la calidad en la imagen obtenida respecto a la emisión del radionúclido usado. La metodología propuesta en ese trabajo se diseñó para conocer la resolución temporal de un cristal LYSO (oxi-ortosilicato de lutecio con itrio) en función del porcentaje de forrado, como resultado de que los fotones fluyan fuera del cristal. La resolución temporal se calculó simulando 3000 (con este valor se alcanzo la menor variación de la desviación estándar) rayos gamma con una energía de 511 keV incidiendo aleatoriamente perpendicular en una cara de un cristal LYSO, en la cara opuesta a la llegada de los fotones, se acopló un área sensible denominada "Scorer", que representa el área efectiva de un fotomultiplicador de silicio (SiPM). La simulación tardo alrededor de un mes y se realizó utilizando el software Geant4 versión 10.06. Se obtuvo en promedio una resolución temporal de 2ps con porcentaje de forrado de 10% al 100%. Sin embargo, para un forrado de 0% se obtiene una resolución temporal en promedio de 7ps. Por lo que se concluye que en un centellador pequeño, de alrededor de mm, la resolución temporal no cambia.

Determinación de dosis dispersa en tomoterapia con respecto a radioterapia de arco de intensidad modulada, para evaluación de tratamiento de meduloblastoma

En este trabajo se evaluará la cantidad de dosis dispersa generada en los tratamientos de radioterapia de arco para el tratamiento de meduloblastoma. Esta evaluación se realizará en los sistemas tomotherapy y terapia de arco de intensidad modulada (VMAT -RapidArc). Se utilizará un maniquí tipo Alderson y de agua, dosimetría OSL (Optically Stimulated Luminescence), matrices dosimétricas para control de calidad de las planificaciones y RTPS (Radiotherapy Treatment Planning Software). La caracterización del tratamiento tendrá parametros similares para la planificacion en cada sistema (tiempo de tratamiento, cantidad de unidades monitoras, energía de 6 MV e índice de conformación). La dosis dispersa en un tratamiento de radioterapia se compone de la radiación secundaria por interacción de los fotones con la materia blanco y de la radiación de fuga proveniente de los componentes del LINAC por lo que es importante determinar cual de los sistemas de arco conforman de mejor manera la dosis y cual de los sistemas genera menos dosis dispersa a tejido que no esta involucrado en el tratamiento.

Diseño y construcción de plataforma traslacional 2D a escala para tratamiento de micosis fungoide en radioterapia

El presente documento tiene como finalidad presentar la manera cómo se va a realizar y evaluar la caracterización dosimétrica del método traslacional para el tratamiento de cáncer Micosis Fungoide con irradiación total de electrones de cuerpo completo (TSET) con electrones de alta energía de 6MeV. El acelerador lineal Varian vitalbeam será el usado para realizar la dosimetría en la superficie de un maniquí antropomórfico en el Instituto Mexicano del Seguro Social (IMMS) con dosímetros OSL, se tendrán en cuenta parámetros como las condiciones geométricas del haz, fraccionamiento de dosis, alineación del paciente, seguimiento tecnológico para la mesa de tratamiento, debido a que será movida sobre el eje Y a una velocidad proporcional a la tasa de dosis a través de una haz de electrones fijo a una SSD de 100 cm, así como la dosis absorbida y la tasa de dosis.

Estudio de la capacidad mental con neurofeedback mediante la diadema epoc de emotiv

La tecnología para tratar enfermedades mentales como son la ansiedad, estrés, hiperactividad entre otras, nos ha llevado a usar nuevas alternativas para tratar este tipo de anomalías cerebrales. El neurofeedback es un procedimiento que se basa en el mapeo cerebral que puede ser empleado en actividades cotidianas como concentración, aprender, socializar, controlar el estrés, controlar nuestros estados de ánimo, entre otros. Para lograr que esto ocurra nuestro cerebro debe tener una cierta sincronía que en dado caso de tener una enfermedad psicológica/mental se debe tratar. El neurofeedback necesita un dispositivo con el cual se puedan obtener las señales cerebrales, de manera no invasiva para esto se utiliza las señales EEG (electroencefalograficas) mediante el software de interacción BCI Xavier Control Panel de la diadema EPOC de emotiv con 14 electrodos distribuidos de manera estratégica sobre los lóbulos cerebrales. Las señales adquiridas en un paciente apoyan el monitoreo de una cierta actividad al estar concentrado o al perder la misma. Si el paciente se desconcentra se pierde la fluidez del estimulador, es decir no fluye la respuesta que se podra observar en el ordenador. El estudio de neurofeedback apoya con el entendimiento del comportamiento de las señales neuronales para monitorear y controlar diversos estados emocionales en un paciente.

Efecto indirecto de la radiación en plásmidos de ADN en función de la temperatura: un estudio usando Monte Carlo Track-Structure

Debido al riego para la salud existente en los tratamientos actuales de cáncer que involucran algún tipo de radiación, diferentes métodos se han explorado para reducir la toxicidad de tratamientos o para aumentar la efectividad de la radiación depositada en el tumor. Uno de estos métodos es la hipertermia; que consiste en la elevación de la temperatura del tejido biológico de manera local con la finalidad de inducir radiosensibilidad. El incremento de la radiosensibilidad de un tejido, se manifiesta como una reducción en la dosis requerida para inducir daño biológico. El aumento en el daño biológico provocado por el aumento de la temperatura involucra múltiples factores, que abarcan desde factores físico-químicos, bioquímicos hasta los micro y macro biológicos.$\\$ El enfoque de interés en este trabajo de tesis es la perspectiva físico-química. En específico, extender y verificar el método Independent Reaction Times (IRT) disponible en el software de simulación Monte Carlo TOPAS-nBio, para realizar simulaciones de la química heterogénea que sigue a la radiolisis del agua a diferentes condiciones de temperatura. Esto permitirá cuantificar teóricamente la contribución físico-química de la hipertermia, estudiada a partir del daño indirecto al ADN por radiación de baja transferencia lineal de energía (LET). Para esto se cuantificará, utilizando métodos de Monte Carlo, la evolución temporal del valor-G del radical •OH como una función de la temperatura; ya que se ha demostrado experimentalmente que el radical •OH es el principal responsable del daño indirecto al ADN por radiación. El software TOPAS-nBio facilita la simulación del transporte de radiación ionizante a través de la materia incluyendo la química que sigue al proceso de radiólisis. El software provee modelos físicos, químicos y geométricos biológicamente relevantes para la simulación del daño biológico causado por la radiación a etapas tempranas después de su interacción. Está basado en Geant4-DNA, que es un conjunto de librerías en C++ de Monte Carlo track-structure, desarrollado por una colaboración internacional a partir del 2010, y que es el único en su tipo de acceso libre.$\\$ La extensión a TOPAS-nBio se validará contra datos experimentales de valores-G producidos por irradiaciones de 60Co en agua a temperaturas de 0-50ºC obtenidos de Elliot A.J. (1994), Herve M. (2000), Plante I. (2017), entre otros. Finalmente, se recrearán las condiciones experimentales de la irradiación de plásmidos de ADN pBR322 reportados en Tomita H. et al (1995) para comparar las simulaciones del número de rompimientos simples (SSB) y dobles (DSB) de ADN.

Modelo de propagación de epidemia mediante simulación de gas ideal y barreras de potencial

En la actualidad la pandemia asociada al COVID-19 está afectando al mundo de manera sin precedente en diversos ámbitos, como lo es la economía, y en consecuencia la calidad de vida. En pandemias anteriores no se podía tener un panorama a futuro de la situación, sin embargo, en la actualidad sacando provecho de la innovación matemática y tecnológica que poseemos, podemos tomar medidas estadísticas al conocer la evolución de esta pandemia a corto, mediano y largo plazo. Comúnmente se emplea el modelo SIR o variantes de este para poder estudiar la propagación de epidemias. Sin embargo, nosotros proponemos un modelo basado en la física estadística. Nuestra idea se basa en relacionar variables dinámicas microscópicas, como la posición de las partículas, su velocidad, con la movilidad de los individuos que conforman nuestra sociedad y hacer una analogía de la interacción social con choques de partículas. Se han llevado a cabo una serie de simulaciones, que nos permiten estudiar la propagación de la enfermedad COVID-19 dentro de una cierta población bajo condiciones ideales a través de la caracterización de la distribución de velocidades y potenciales de interacción de las partículas simuladas; ya que la distribución de velocidades representa la movilidad urbana y las barreras de potencial el aislamiento social y medidas sanitarias para controlar o mitigar la enfermedad. Por simplicidad, para realizar las simulaciones se ha hecho uso del modelo de gas ideal confinado en dos dimensiones. Al modificar la velocidad media el resultado es un aumento o disminución de infectados en el mismo periodo o intervalo de tiempo. Para tomar en cuenta las medidas de prevención sanitarias empleadas, en nuestra simulación recurrimos a barreras de potencial del tipo cuadradas; nuevamente tenemos una analogía entre la altura de la barrera que corresponde a disminuir las interacciones sociales y el ancho de barrera que emula el distanciamiento social. Este modelo representa una alternativa al estudio de la pandemia en México con excelentes predicciones a corto plazo, resultados a mediano plazo se ven ligados a la confiabilidad de datos reportados por el sistema de salud ya que la simulación es auto ajustable de acuerdo a los datos que se ingresan en tiempo real. Lo que tenemos aquí es otra herramienta que puede ser de utilidad para la verificación de datos y medidas en tiempo real, lo que nos puede ayudar a tomar mejores decisiones, como en otros países, por ejemplo, Corea del Sur que es uno de los países que sigue activos y ha logrado aplanar la curva de propagación de la enfermedad. Esta nueva perspectiva nos podría permitir simular sociedades como la mexicana donde hay un alto índice de escepticismo y falta de información.

Guante de Rehabilitación Integral para Miembro Superior

En la actualidad las personas pasan cada vez mas tiempo en posiciones no ergonómicas, principalmente para las manos debido al uso prolongado de dispositivos que requieren un movimiento constante de las mismas, tales como smartphones, laptops, consolas de videojuegos, entre otros y por esta razón se vuelve más propicio el desarrollo de diversas lesiones. Partiendo de lo anterior, en este proyecto presentamos una propuesta que consiste en una interfaz con la que se podrá llevar a cabo una rehabilitación integral para el paciente con síntomas de lesión en miembros superiores basada en el diseño de un guante electro-mecánico adaptable que auxilia en la movilidad de las articulaciones mediante servomotores configurados individualmente siguiendo las características propias de la goniometría, realizando rutinas de rehabilitación controladas por una interfaz de usuario desarrollada en HTML/CSS/JavaScript aunada a una lógica escrita en Python que modulan la actuación del guante. En suma, se ha realizado una simulación y los resultados son bastante prometedores para con el objetivo principal de nuestra propuesta además de que es posible escalarlo para cubrir diferentes áreas, tales como generar datasets de movimiento al realizar diversas actividades así como obtener diferentes curvas para los movimientos más comunes realizados por las personas.

Histogramas de series de excursiones de interlatido cardiaco como método de identificación de pacientes con insuficiencia cardiaca

En este trabajo se aplica un algoritmo de segmentación para investigar la distribución temporal de las variaciones de las series de tiempo de interlatido cardiaco de personas sanas y enfermas con insuficiencia cardiaca (CHF). Se encontró que tal como se reporta en otras publicaciones que la distribución de segmentos presenta diferentes frecuencias cardíacas, las cuales siguen una la ley de potencial. lo cual muestra que el interlatido cardiaco es una estructura invariante de escala. El corazón es un sistema complejo y normalmente su dinámica es observada mediante los electrocardiogramas. La serie de interlatido se obtiene a partir de un electrocardiograma, esta serie es considerada no estacionaria. Kensuke Fukuda et al, proponen un método de segmentación de una serie no estacionaria. La comparación entre las diferentes distribuciones estadísticas de la frecuencia cardíaca de los segmentos de personas sanas y enfermas muestran que los parámetros para individuos sanos y para pacientes con insuficiencia cardíaca son apreciablemente diferentes. Los resultados obtenidos muestran las variaciones en la forma de la distribución de frecuencia relativa de segmento puede ser utilizado como un estimador del posible estado de salud entre las personas.

Analizador de imagenes con resolución de hasta 4k para aplicaciones biomédicas

El análisis de imágenes por humanos requiere de bastante tiempo y en un gran porcentaje de los casos, éste puede llegar a ser inexacto, es por esta razón que presentamos un analizador de imágenes capaz de separarlas de acuerdo con sus canales, ésto para resaltar el área de interés tomando como base el tono, saturación y valor en imágenes de formato JPG, EPS, PDF y PNG, con una resolución de hasta 4k. Para el desarrollo d este software se pensó en que al analizar la imagen, éste debería proveer relevantes sobre las áreas de interés con un nivel de precisión alto. Dicha característica se obtuvo al generar una máscara que aumenta el contraste y favorece la distinción entre regiones a nivel de píxeles. Aunado a ésto, se están integrando una serie de librerías enfocadas principalmente al área de medicina, ciencias forenses, ciencias bio-médicas, física, química, astronomía así como para aplicaciones industriales en el área de control de calidad a través de machine learning e inteligencia artificial, tomando como base la industria 4.0.

Sistema Portátil para Diagnóstico Médico

El Sistema Portátil para Diagnóstico Médico (SIMBA) es un dispositivo médico cuya misión es abarcar el espectro de diagnóstico de primer nivel condensando los equipos médicos generales en un solo dispositivo. Entre sus características destaca su portabilidad y diseño ligero, aunado a una interfaz minimalista que facilita la interacción usuario-dispositivo. El dispositivo está pensado como una solución práctica ante la creciente demanda en la atención de pacientes para las instituciones médicas dada la reciente aparición del virus SARS-CoV-2. Sus características permiten abarcar un mayor espectro de variables fisiológicas que pueden ser analizadas e interpretadas con mayor rapidez por el médico utilizando una serie de técnicas tales como FFT, CWT, DWT, Denoising y redes neuronales además de ser portátil para brindar atención en donde se requiera.

Algoritmo para detección de picos y análisis de onda de un ECG

Las señales de Electrocardiograma (ECG) provienen de los potenciales de acción de tejido muscular cardiacos combinados. Estas diferencias pueden ser captadas por medio de electrodos colocados en la distribución descrita por el triángulo de Einthoven. Analizar las señales de ECG tiene como principal objetivo correlacionar las formas de onda con enfermedades cardiovasculares o cardiopatías. En un trazo característico de una señal de ECG, la despolarización auricular genera la onda P, el complejo QRS es producido por la despolarización de los ventrículos y finalmente la onda T por la repolarización de los ventrículos. Automatizar el proceso de detección y análisis implicaría mejorar el proceso de atención a la salud y facilitar el trabajo efectuado por el médico especializado. Las señales de ECG fueron obtenidas por medio de un monitor Holter construido para para el proyecto, con un rango de frecuencias entre 0.5 y 150 Hz, con una frecuencia de muestreo de 1000 Hz y una relación seña-ruido alta. Se empleó un filtro de corrección de línea basal, para eliminar por completo el ruido de baja frecuencia y facilitar la identificación de la onda R por medio de un algoritmo recursivo para la identificación de puntos máximos en una señal discreta. Finalmente, el resto de las ondas P, Q, S y T fueron identificadas de la misma manera. El algoritmo fue probado en series cortas obtenidas de participantes voluntarios. Fueron identificados entre 100 y 200 segmentos de ECG. Con un error de 2.17 % para la onda P, 2.89 % para Q, 1.47 % en R, 1.44 % en S y finalmente, 2.89 % en T. De tal manera que cada forma de onda fue identificada individualmente, a diferencia con otros autores cuyos métodos consideran el complejo QRS como uno. Esto permite la medición de tiempo entre ondas, el cálculo de series de tiempo para cada onda y determinar si alguna de las formas de onda se ve alterada.

Análisis del proceso neurodegenerativo de la enfermedad de Parkinson

La enfermedad de Parkinson (EP) es un desorden neurodegenerativo clínicamente caracterizado por temblores involuntarios en reposo, rigidez, bradicinesia e inestabilidad postural. A pesar de los avances en el entendimiento de los procesos neuroquímicos responsables de las alteraciones en EP, la causa inicial de muerte neuronal aún es desconocida. De acuerdo a Zecca (2004) y Jiang (2017), los radicales libres generados por depósitos anormales de hierro y depósitos de α−sinucleína están directamente asociados con el daño neurodegenerativo (DN) característico de EP. Conforme a los resultados presentados por Sivarajini (2019), fue posible detectar cambios morfológicos al analizar por medio de una red neuronal convolucional (CNN) las imágenes de resonancia magnética nuclear (MRI) de pacientes con EP. Por lo que se utilizó un enfoque similar utilizando imágenes de tejidos neuronales de animales sometidos a condiciones de experimentación que recrearan el daño neurodegenerativo por medio del uso de nanopartículas de hierro Fe−SiO2. El procesamiento de las imágenes se realizó utilizando las librerías de c++ y opencv, para el preprocesamiento (segmentación de imagen) se aprovechó la técnica histológica azul de prusia al utilizar únicamente el canal azul de la imagen RGB, se simplificó la imagen para continuar con el proceso de entrenamiento con la CNN. Se realizaron cortes histológicos de las áreas de interés (substancia nigra) para obtener las imágenes digitales necesarias para el proceso de aprendizaje por parte de la red neuronal. Obteniendo un algoritmo capaz de identificar depósitos anormales de hierro en un proceso neurodegenerativo simulado.

Simulación de un gradiente longitudinal

Se presentan los resultados de la simulación en el campo magnético en la dirección Z. La simulación se hizo utilizando el método Simulated Anneling. Se presentan los resultados del gradiente obtenidos por la simulación. Con la información obtenida se hizo una propuesta experimental de construcción (con simetría cilíndrica) del gradiente longitudinal. Las dimensiones del prototipo son de 16 centímetros de en le eje longitudinal y 8 centímetros de radio. La corriente propuesta para la simulación de fue de 3 Amperios obteniendo un gradiente máximo de 0.2 mT/cm, bajo estos datos queda determinado la posición de las espiras que se colocaron en el cilindro de PVC. Se presenta la comparación de los datos experimentales con los simulados. Los autores agradecen el apoyo que se brindo por parte de los Laboratorios de Física Moderna Y Contemporánea de la Facultad de Ciencias, UNAM.

Uso de Redes neuronales artificiales para clasificar parámetros de epidemias

Para tener un adecuado control de las epidemias, es necesario determinar la velocidad de propagación de la enfermedad así como el tiempo de recuperación promedio de los pacientes. En este trabajo realizamos muchas simulaciones cambiando el nivel de transmisión de un virus usando el programa multi-agente NetLogo. Posteriormente, implementamos una red neuronal artificial que puede ser entrenada con las simulaciones de NetLogo y nos permite clasificar los parámetros que representan que tan infecciosa es la enfermedad, la duración de recuperación de las personas infectadas y la probabilidad de recuperación.

Simulaciones numéricas de propagación de epidemias

Conocer de manera precisa la manera en la que se propagan las epidemias es de vital importancia. Para ello, se usan modelos matemáticos descritos por ecuaciones diferenciales y los parámetros de dichos modelos se ajustan de acuerdo a las observaciones. En este trabajo resolvemos con métodos numéricos el modelo SIR de propagación de enfermedades y comparamos los resultados obtenidos con simulaciones que realizamos utilizando el programa multi-agente NetLogo. Esta comparación nos permite calibrar los parámetros del modelo SIR basados en las observaciones.

Poder de frenado de colisión para electrones de baja energía en LiF, CaF2, Al2O3 y H2O usando la aproximación completa de Penn

Uno de los mayores desafíos en los campos modernos de radioterapia es la presencia de alto gradiente de dosis causada por la variación de las fluencias electrónicas de baja energía en la dirección lateral [1]. Además de eso, las secciones eficaces de electrones existentes estaban limitadas a 1 keV como energía mínima para muchos materiales. Recientemente, usando la aproximación completa de Penn relativista, hemos calculado secciones eficaces para electrones con energías tan bajas como el gap del material en tres dosímetros y agua líquida [2]. Para ello, hemos establecido limites de integración en energía y momento, así como la inclusión de interacciones de excitones. Hemos demostrado la importancia de los excitones en el proceso de interacción de electrones de bajas energías con la materia [2]. Este trabajo investiga el poder de frenado de electrones con energía desde 433 keV hasta el gap de cada material en agua líquida y en dosímetros de LiF, CaF2, Al2O3 generalmente utilizados para medir dosis absorbida en la clínica. Eso se hizo a partir de los resultados del estudio de las secciones eficaces. Los resultados son comparados con poder de frenado obtenido a través del modelo de Bethe. Este proyecto es financiado por PAPIIT-UNAM-IN118120 [1]. G Massillon-JL 2010 Dosimetry in steep dose-rate gradient radiation fields: A challenge in clinical applications. AIP Conf. Proc. 1310 23–28 [2]. M A Flores-Mancera, J S Villarrubia and G Massillon-JL, Electron inelastic mean free paths for LiF, CaF2, Al2O3, and liquid water from 433 keV down to the energy gap, ACS Omega (2020) 5 4139-4147

Biomarcadores Neuropsicológicos en el Estudio de la Distrofia Miotónica Tipo I por Imagen de Tensor de Difusión

La Distrofia Miotónica Tipo I (DM1) es una enfermedad neurodegenerativa, autosómica dominante, también llamada enfermedad de Steinert. Es la distrofia muscular más comúnmente heredada a nivel mundial (1 de cada 8000 individuos la padece en población caucásica), se debe a la mutación genética localizada en el cromosoma 19 q 13.3 del gen que codifica para la proteína quinasa de la distrofia miotónica. La sintomatología de la enfermedad es muy variada y de carácter multisistémico. Los síntomas clínicos más relevantes observados son: debilidad muscular distal, miotonía, debilidad de los músculos faciales, ptosis, fatiga, hipersomnia, somnolencia durante el día, irritabilidad, estrés, depresión, infarto al miocardio, entre otros. La sintomatología de carácter progresivo de la DM1 conlleva a un detrimento en la calidad de vida de los pacientes, provocando una reducción en su esperanza de vida. El objetivo de este proyecto fue estudiar la relación del perfil cognitivo de los pacientes con DM1 clásica con los hallazgos de degeneración de sustancia blanca cerebral usando Imágenes de Tensor de Difusión (DTI) con el fin de encontrar biomarcadores que faciliten el diagnóstico, seguimiento y prognosis de la enfermedad. Método: Participaron voluntariamente 22 pacientes con DM1 clásica y 22 sujetos sanos. Los participantes de ambos grupos fueron pareados por edad, género y nivel de educación. El diagnóstico genético de los pacientes se hizo por la prueba PCR en el Instituto Nacional de Rehabilitación Luis Guillermo Ibarra Ibarra. La adquisición de las imágenes de DTI se realizó en el Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente Muñiz en un equipo de RM Philips Ingenia de 3T. Se aplicó la Batería de Cambridge de pruebas neuropsicológicas versión computarizada (CANTAB) para la evaluación neuropsicológica. Análisis: El análisis de las imágenes de RM se realizó con FSL v 5.1. Se aplicó una prueba t de student para el análisis de comparación entre grupos y una prueba F para el análisis de correlación entre los datos neuropsicológicos y los de imagen de DTI. Resultados: Se encontró detrimento generalizado en la sustancia blanca cerebral de los pacientes con DM1 (p < 0.05), siendo el tracto corticoespinal en la región del puente el más afectado. Los pacientes con DM1 presentaron detrimento cognitivo en los procesos de memoria visual, atención, planeación espacial, nuevo aprendizaje y cognición global (p < 0.05). Por medio del análisis de correlación con los hallazgos de imagen se encontraron áreas de la sustancia blanca de los lóbulos frontales, temporales, occipitales y parietales asociadas al detrimento cognitivo de los pacientes en los procesos de memoria visual y atención sostenida, como la corteza del precúneo, corteza del cíngulo anterior, parte anterior del cuerpo calloso y el fascículo uncinado (p < 0.05).

Diseño de un Acelerador Médico Dirigido al Tratamiento de Cáncer de Mama

De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, el cáncer de mama es el tipo más común entre mujeres y el más letal en México. El Instituto Mexicano del Seguro Social propone la radioterapia como el principal tratamiento por su efectividad en reducir el cáncer con efectos secundarios mínimos. Adicionalmente, en países desarrollados los tratamientos de cáncer con radioterapia son predominantes sobre la quimioterapia sin importar la etapa de cáncer. El trabajo presente propone el diseño de un acelerador lineal de electrones (eLINAC) dirigido al tratamiento del cáncer de mama.

Mamografía digital. Comparación entre dos protocolos de control de calidad. Proyecto de tesis de licenciatura

En México existen varios programas de detección temprana de cáncer de mama basados en la realización de estudios de mamografía, sin embargo, los índices de mortalidad se han incrementado. Para la realización de estos estudios en 2016 se contaba aproximadamente con 1,474 unidades de mamografía pertenecientes a los sectores público, privado y social, de ellos aproximadamente 882 se encuentran en el sector salud y de éstos cerca de 794 son digitales, sin que se sepa cómo se desempeñan todos ellos. Existen dos normas oficiales mexicanas NOM-229-SSA1-2002 y NOM-041-SSA2-2011 que se ocupan de la vigilancia del funcionamiento de las unidades para mamografía, sin embargo, en ellas no se especifican las pruebas de control de calidad que deben aplicarse a los equipos que cuentan con receptores de imagen digitales, sean del tipo “computed radiography” (CR) que utilizan como detector placas fotoestimulables que se leen en un digitalizador CR o “digital radiography” (DR) cuyo detector consiste en una matriz activa de elementos detectores que constituyen un panel plano capaz de entregar una imagen digital. A nivel mundial existen diversos protocolos de control de calidad, entre ellos los publicados por la Federación Europea de Organizaciones de Física Médica (2015) y el Colegio Americano de Radiología (2016). El objetivo de este trabajo consiste en realizar las pruebas de control de calidad en mamografía propuestas en los dos protocolos mencionados. Los resultados de estas pruebas serán comparados y analizados con objeto de proponer un protocolo simple que pueda proponerse para su inserción en la normativa nacional relativa a mamografía digital. Se presenta la parte teórica de la comparación y algunos resultados preliminares, ya que el estudio no se ha podido concluir como consecuencia de la contingencia por COVID-19.

Sistema de referencia unificado de los planos frontal y horizontal del corazón de las derivaciones electrocardiográficas: bipolares estándar, monopolares amplificadas de goldberg y precordiales

Un fotón de luz natural teórico está configurado en un triángulo por 4 corpúsculos: 2 positrones y 2 electrones, la atracción-repulsión de las cargas positivas y negativas, origina una contracción-expansión, análoga a la sístole-diástole del corazón. Basado en la analogía de que la luz es un dipolo configurada en el área de un triangulo equilátero, cuya similitud con el corazón, es que es un dipolo, en el centro del triángulo de Einthoven. Esta semejanza entre el triángulo eléctrico del corazón y la configuración fotónica, es el fundamento del sistema de referencia unificado expuesto. Einthoven, se valió de la ley de Kirchhoff: los potenciales en una serie de puntos consecutivos, volviendo al punto origen: suma vectorial: Derivación I + derivación II + derivación III = 0. No existe un sistema de referencia factual y efectivo porque Einthoven modificó la ecuación de Kirchhoff: Derivación I + derivación III = derivación II ≠ 0. El modelo encontró que son 4 los triángulos eléctricos del corazón.

Evaluación dosimétrica de la técnica de radioterapia de baja dosis (LD-RT), para el tratamiento de neumonía por SAR-Cov-2

La radioterapia de baja dosis (LD-RT) actúa sobre las células que participan en la respuesta inflamatoria produciendo un efecto anti-inflamatorio. La neumonía por SARS-CoV-2 desarrolla a nivel pulmonar una respuesta inflamatoria sistémica con un síndrome de liberación de citoquinas principalmente IL-1, IL-6 y TNF-alfa. En la actualidad diversos estudios in vitro, experimentales in vivo y clínicos han demostrado la eficacia de LD-RT al reducir los parámetros inflamatorios clínicos con dosis que varían de 0.5 a 1.5 Gy, con un aumento en la expresión de citoquinas anti-inflamatorias como TGF-β1. La técnica de LD-RT propuesta por el servicio de radioterapia del Hospital Central Militar para el tratamiento de neumonía por SAR-Cov-2, consiste en la irradiación total del tejido pulmonar a una dosis única de radiación de 1.0 Gy, el objetivo de este trabajo de investigación es evaluar dosimétricamente esta técnica no convencional de tratamiento previo a la implementación clínica con la finalidad de garantizar la adecuada irradiación de los volúmenes blanco, la irradiación se realizó en un equipo de teleterapia de Cobalto-60 marca Theratronics, modelo T780C, con un maniquí antropomórfico Alderson RANDO el cual tiene densidad equivalente al tejido pulmonar, para la medición de dosis de radiación se utilizó un detector de película de tinte radio crómico(EBT3) distribuyendo los insertos de película en el interior del maniquí, así mismo se realizó el modelado y validación del equipo de Cobalto-60 en el sistema de planeación XIO versión 5.0, la técnica de tratamiento utilizada para la puesta en marcha de este protocolo clínico fue una técnica isocentrica estándar de dos campos, un campo anterior y posterior, para la evaluación de la distribución de dosis en los volúmenes blanco se consideraron los parámetros dosimétricos como la dosis media, la dosis mínima (Dmin), la dosis máxima (Dmax) e índice de homogeneidad (IH) en los volúmenes blanco, comparando las mediciones obtenidas, con la dosis de prescripción y la dosis calculada por el sistema de planeación.

Pupilómetro Basado en la Plataforma Raspberry Pi

La medición del tamaño de la pupila y la reactividad en la evaluación pupilar es vital en un chequeo preliminar entre los pacientes hospitalarios y constituye una parte fundamental del examen neurológico. Esta medición se puede realizar de forma manual o automatizada. En una evaluación manual, existe una gran variabilidad entre los observadores al analizar los parámetros, debido a la influencia de una serie de factores como la variabilidad en la luz ambiental, la intensidad del estímulo de luz, la agudeza visual y la propia experiencia del observador. Por lo tanto, con los avances tecnológicos, se han desarrollado diferentes pupilómetros automatizados. En este proyecto, el objetivo principal es desarrollar un pupilómetro basado en la plataforma Raspberry Pi mediante el diseño del tablero de control de iluminación electrónico y la obtención de la imagen sincronizada con la cámara de NoIR Raspberry. Se pretende demostrar el funcionamiento óptimo del pupilómetro portátil y de bajo costo, encontrando la dependencia de la respuesta pupilar conforme la edad.

Espectro de fondo de cristales centelladores de LYSO de distintas dimensiones

El oxiortosilicato de lutecio con itrio (LYSO) es el cristal centellador más utilizado actualmente en los equipos de imagen de medicina nuclear molecular por emisión de positrones. Los sistemas comerciales y prototipos en desarrollo utilizan geometrías y dimensiones diferentes de estos cristales. Este material presenta un espectro de fondo debido a la radiación intrínseca ya que contienen Lu-176, el cual decae por beta menos a estados excitados del Hf-176 emitiendo rayos gamma de 88, 202 y 307 keV. Si bien el espectro de fondo ya ha sido estudiado para algunos tamaños del centellador, en este trabajo se calculan las probabilidades de escape de los rayos gamma, y con ello los espectros de fondo, para prismas de base cuadrada de longitudes de 1 a 60 mm y grosores de 1 a 20 mm, cubriendo un intervalo de tamaños comúnmente utilizados en los detectores de equipos modernos. Las probabilidades se obtuvieron con simulaciones Monte Carlo utilizando el código PENELOPE, y los espectros se obtuvieron mediante un modelo analítico desarrollado previamente por nuestro grupo. Los resultados de este trabajo pueden ser utilizados para la calibración y la obtención de la resolución en energía de detectores que utilicen el centellador de LYSO en sus detectores.