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Congreso e-Salud: “Las TIEs y la Salud en
México”
Innovación Tecnológica
para la Salud: Física Médica
CINVESTAV
Congreso e-Salud: “Las TIEs y la Salud en México”
El Gran Colisionador de Hadrones
CMS
LHCb
túnel LHC
aceleración
protón
Gran Colisionador de Hadrones
Centro Europeo de Investigaciones Nucleares
Congreso e-Salud: “Las TIEs y la Salud en México”
proton-proton a 14 TeVion-ion a 1150 TeVen el centro de masa
HMPID
Muon Trigger
TRD
PHOS
PMD
ITS
(Si-Pixels
Si-Drift
Si-Strips)
TOF
TPC
ALICE = 16 detectores
Muon Tracking
ZDC
T0, V0, FMD
ACORDE
Las partículas elementales
H125 GeV
0
0
higgs
anuncio del descubrimiento del Higgs Julio 4 de 2012
innovación tecnológica
para la salud
the
CT- Scan
fundada en 1931 en Londres grabo
a la London Symphony Orchestra
Philharmonia Orchestra, …
En los 50s comenzó a grabar pop
Frank Sinatra, The Beach Boys etc.
Electric and
Musical
Industries
estudios EMI en Londres 1963
1970, Godfrey Hounsfield
X ray Computed Tomography CT scan
Primer “CT scan” en paciente: 1st Octubre 1971
Atkinson Morley's Hospital, in London, England.
The patient, a lady with a suspected frontal lobe tumour, was scanned with a
prototype scanner, developed by Godfrey Hounsfield and his team at EMI
Central Research Laboratories in Hayes, west London.
The scanner produced an image with an 80 x 80 matrix, taking about 5 minutes
for each scan, with a similar time required to process the image data.
Current CT scanners can produce images with an 1024 x 1024 matrix,
acquiring data for a slice in less than 0.3 seconds, and are an integral part of a
modern hospital's imaging resources.
Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1979
Godfrey Hounsfield Allan Mc Cormack
the
CT
- Scan
Godfrey Hounsfield
Allan Mc Cormack
de las partículas elementales a los pacientes
En 1990 lo físicos en el CERN trabajaban en detectores
con muy alta resolución, sin ruido… que serian usados
en los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones.
Las posibilidades de aplicación en la medicina fueron
pronto evidentes y el proyecto se desarrollo en lo que
se llama MEDIPIX
Medio millón de pixeles del experimento WA97 1995
tecnología hibrida de pixeles
the
CT- Scan
Godfrey Hounsfield
Allan Mc Cormack
radiografía
Radiografía porcontraste de fase
Detectores pararadiografía
Procesamiento deimágenes
Tubo de rayos X
Espectro electromagnético y técnicas de imagen
November 8th, 1895 Wilhelm Conrad Röntgen
University of Würzburg, Germany
january 23rd, 1896
Un año después de su sensacional descubrimiento en Nov. 8, 1895,
Prof. Wilhelm Conrad Röntgen compraba los primeros tubos de rayos X
a Max Gebbert, el precursor de la línea de rayos X de Siemens
Yours faithfully
Prof. Dr. W. C. Röntgen
Würzburg, 27. Nov 1896
Messrs. Reiniger, Gebbert and Schall, Erlangen
Dear Sirs:
Your tubes are very good indeed, but for my means too
expensive. I not only use them for standard experiments but
also for many other experiments where they are submitted to
much greater stress than normal application. The result is
that they become unusable sooner. For this reason
I would like to ask you whether you could supply the
tubes for 20 Marks instead of 30 Marks. Based on my
experience with other companies this proposal should be
acceptable to you, considering that this is an exceptional
case and it would enhance your prospects of receiving
further orders from my end.
If you should agree with my proposal please send me as
replacement for two tubes that have been spent 4 other
tubes of equal quality, that is two small and two larger
ones.
Desarrollo tecnológico en fuentes de R-X
1912 W.D. Coolidge
General Electric
Es posible
variar
de manera
separada
Voltaje y
Corriente
1960´
Cu (8 keV -1.55 angstroms - ) 100 mts spot-size
775.010100
1
2
1055.16
10
TL mts keVEE
hc 398.12
Molibdeno
Tamaño de punto focal recomendado
Mamografía 0.1 – 0.3 mm
Radiología Gral. 0.6 – 1.2 mm
Detectores para radiografía
Radiología médica digital
Desarrollo tecnológico en detectores de R-X
producido en México
plástico centellador
Patente en registro ante el IMPI: MX/b/2012/02419 UAS
Ildefonso León Monzón
Universidad Autónoma
de Sinaloa
Silicon strip detector
Silicon strip
detector
Key system issuesFully parallel signal processing for all channels.
Only binary (yes/no) information is extracted from each strip.
Data from each channel must be stored in a local buffer for the whole measurement period.
64
bond
wires
PC
computer
First prototype (1xRX64)
0.6 1.0 cm2
detector
RX64
Scanning system – 2D image
ventajas comparado con
sistemas 2D
- reduce la dispersión
- menor numero de canales
electrónicos
scanning
slit
El sistema de scanning
scanning
detector board
stepper motor
radioactive source
Pb collimator
biopsia de tejido mamario
biopsia de tejido
Luis Manuel Montaño
Depto de Fisica, CINVESTAV
Radiografía por contraste de fase
microscopía por contraste de fase
Optical spectrum
Fritz Zernicke Beugungstheorie des Schneidensverfahrensund seiner Verbesserten Form der PhasenkontrastmetodePhysica 1(1934)689-704
Nobel price, 1953 for the development of the phase contrast microscope
Vemos al detectar cambios de intensidad … es decir de amplitudL
UZ
)(),( 00tsenEtxE
xi
)),((),( 00zytsenEtrE
xPM
),( zy cambio de fase inducido por un objeto
)cos()(),,( 0 tsenEtzyEPM
)()cos( sent
)cos()(),,( 0 tsenEtzyEPM
)()cos( sent
para valores pequeños de
)(),,( 0 tsenEtzyEPM )cos(0 tE
cambio de fase en2
)()),(1(),,( 0 tsenzyEtzyEAM
Filter in plane t
introduces a shift
2
d
Ahead in phase:
4)1( dng
Efectos de fase en óptica
En óptica es bien conocida
desde hace tiempo la
técnica microscópica por
contraste de fase. Dicha
técnica es imposible de
llevar a cabo en R-X.
Hasta hace algunos años
(con los avances en los
detectores y fuentes de R-X)
se planteo la posibilidad de
formar imágenes que
consideraran la información
que tiene la fase de los R-X.
¿…y qué con la física en la radiografía?
Por extraño que parezca,
la física asociada a la
formación de imágenes
radiológicas permaneció
un siglo sin cambiar;
basada únicamente en la
atenuación de los R-X al
atravesar un medio (Ley
de Beer-Lambert)
¿…y qué con la física en la radiografía?
…entonces, podemos decir que la radiografía (tradicional) esta basada
básicamente en cambios de intensidad en los R-X incidentes, o dicho
de otra manera se basa en los cambios en la amplitud de los R-X al
atravesar una muestra.
Relevancia de los efectos de fase en R-X
Una imagen con efectos de fase proporciona información adicional de
un sistema, en particular contiene información complementaria de los
objetos que son poco atenuantes a los R-X.
Cada objeto posee un índice de refracción complejo n=1- δ + iβ,donde β es responsable de la atenuación y δ del cambio de fase.
Para tejidos biológicos, δ es ~1000 veces mayor que los valores de β.
Esto explica por qué los efectos de contraste de fase tienen el
potencial de mejorar las características de una imagen y
simultáneamente la posibilidad de reducir las dosis de radiación.
En el área biomédica puede mejorar el diagnostico, en particular en
angiografías y en mamografías.
Técnicas en contraste de fase por R-X
Interferometría
DEI
(Diffraction Enhanced
Imaging)
En línea
Rejilla
Técnica de contraste de fase “en línea”
Requiere de radiación coherente (mancha focal pequeña y objeto
alejado de la fuente) y un detector alejado del objeto.
La imagen generada es combinación de efectos de fase y absorción.
Esta técnica permite hacer un realce del los bordes de los objetos,
con enorme potencial para la visualización de estructuras biológicas.
Técnica de contraste de fase “en línea” (cont.)
La distancia objeto-imagen permite desarrollar interferencia en los
rayos X y así producir el realce de borde observado.
El detector esta en la región de difracción de Fresnel.
En las imágenes formadas se observa en los bordes de los objetos
patrones de difracción. Estas franjas mejoran la visibilidad de los
bordes de los objetos.
fibra de carbono
absorcióncontraste de fase
0.8 mGy0.6 mGy
contraste de fase absorción
Uno de los efectos de la transición demográfica es el cambio de la estructura
por edad de la población:
en México, la población "joven" se está transformando en una población "vieja“
De esta suerte, los porcentajes de mujeres adultas son y serán en un futuro más
importantes que los de las niñas.
En 1990 las mujeres de 50 años y más representaban el 31.6%, y se espera
que para el año 2030 la cifra aumente a 60.8%.
Esto permite constatar la importancia que tendrá ese grupo de edad, que es,
por otra parte, la población más susceptible de desarrollar una enfermedad
crónico-degenerativa.
1 de cada 9 mujeres desarrolla cáncer de mama antes de los 80 años
La tasa global de fecundidad, o descendencia final de la mujer en el
país, disminuyó de siete hijos por mujer en 1960, a 2.7 en 1996.
http://www.insp.mx/salud/39/394-3.html
Laboratorio
“Phantom” de
acreditación
mamagráfico
ACR-156
Phantoms
Preprocesamiento de imágenes del detector
Las imágenes generadas
deben ser procesadas para
mejorar su calidad.
Las imágenes son manipuladas
como matrices mediante
software (IDL, Matlab o ImageJ).
Imágenes por absorción y con efectos de fase
Imágenes por absorción y con efectos de fase
Procesamiento de imágenes
S(W) = k log W S(W’) = k log W’
S(WW’) = k log WW’ = S(W) + S(W’)
Extensividad de la entropía de Boltzman
Entropía No-Extensiva
q
p
S
W
k
qi
1
1
1
Constantino Tsallis
Entropía no extensiva
q defines the degree of non-extensivity.
q = 1 (Boltzmann limit)
S(WW') S(W) S(W') (1q)S(W)S(W')
La entropía de Boltzmann-Shannon （q = 1）es un casoespecial, el cual es aditivo.
Imágenes por absorción y con efectos de fase
Estudio de efectos de fase en diversos “phantoms”
Perfiles de intensidad: contraste de fase y absorción
Perfiles de intensidad de dos fibras:
¿…y qué con la física en la radiografía?
Ejemplo: Mamografía
Contraste de fase y filtrado Emboss
Aplicaciones: Cáncer de mama en mujeres jóvenes
Ref: Breast cancer in young women, Steven A. Narod. Nature
Reviews Clinical Oncology 9, 460-470 (August 2012) |
Ing. Ismael DomínguezDra. Rosa Elena Sanmiguel
M.C. Abdiel Ramírez Reyes
Congreso e-Salud: “Las TIEs y la Salud en México”
La investigación básica es también un lugar donde la innovacióntecnologica encuentra terreno fértil en ideas, métodos …
Personalize your slide design
backup
The X-ray Spectrum from a tungsten X-ray tube
Intensidad corrienteVoltaje Intensidad + corrimiento a la derecha
)%1.0)((
/22 bandwidthsourceareammmrad
segphotonsbrilliance
Ánodo rotatorio
2
2
1LL
D
R
RDLT
2)/(2
1
dos ondas con longitudes de onda se propagan en la misma dirección y
Hospital Juárez de México
Colaboración con Dr. Casian (Depto. Rayos X) y
Fis. Enrique Gaona (UAM-Xochimilco)
Características del mamógrafo
en el Hospital Juárez
• Marca Elscint, fabricación Israelí
• Modelo MAM-CH225
• Modelo del tubo de rayos X: XRHAVA
• Rango de tensión: 22-35 kV
• Ajuste automático de corriente
• Combinación ánodo filtro: Mo/Mo
PET
This impressive progress is due essentially
to developments in detector construction,
new scintillators, better scanner designs,
improved reconstruction algorithms, high-
performance electronics and, of course,
the vast increase in computer power, all of
which have been achieved without an
appreciable increase in the selling price of
the scanners.
¿…y qué con la física en la radiografía? (cont.)
El coeficiente de atenuación
lineal es número que
caracteriza a cada tipo de
material: representa el como
interactúa la radiación
incidente con el material.
El engloba a la dispersión
coherente y la dispersión
Compton, la absorción
fotoeléctrica, producción de
pares fotodesintegración.
(Tejido suave)
¿…y qué con la física en la radiografía? (cont.)
Ejemplo: Mamografía
¿…y qué con la física en la radiografía? (cont.)
Las interacciones que
dominan en radiografía
tradicional son:
Efecto Fotoeléctrico
Efecto Compton
Fuente: Tubo de R-X tipo “microfocus”
Nuestra fuente es de tipo
microfoco (Microsource® X-
Ray Generator); posee una
mancha focal del orden de
micras, lo que permite generar
efectos de fase.
Tamaño de mancha focal:
≈45x53µm(FWHM)
Detector de R-X “Shad-o-box” Se una un detector “Shad-o-Box-1024EV”, es una cámara digital de
R-X de alta resolución, diseñada para aplicaciones en tiempo real de
imágenes radiológicas.
Función de transferencia modulada (resolución)
El arreglo experimental es caracterizado por la MTF
Imágenes por efectos de fase
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