Difusión de la luz en medios turbios multicapas de interfases no planas - Vera, Demián Augusto (2018)
En los últimos años se ha extendido el uso de luz en el infrarrojo cercano (NIR) para exploración de tejidos biológicos a profundidades relativamente pequeñas. Las técnicas de NIRS (por las siglas en inglés para Near InfraRed Spectroscopy) surgen como alternativa y complemento del uso más extendido de otras técnicas de exploración de tejidos, como lo son la aplicación de Rayos X en radiografías y tomografías, o de ultrasonido en ecografías, dada su nula invasividad, bajo costo de producción y, en general, fácil portabilidad. La utilización de las técnicas NIR están limitadas a una banda de longitudes de onda para las cuales la absorción de luz por parte de diversos compuestos orgánicos (como hemoglobina, deoxihemoglobina, melanina o colágeno) es su suficientemente baja, lo cual permite que la luz penetre en ella y pueda ser recuperada, obteniéndose información sobre el medio en estudio. Este espectro de longitudes de onda es llamado comúnmente ventana óptica o ventana terapéutica. Si bien se han desarrollado modelos de caracterización de tejidos en medios multicapas con el objetivo de representar, por ejemplo, la cabeza humana (compuesta, grosso modo, por cinco capas: cuero cabelludo, cráneo, liquido cefalorraquídeo, materia gris y materia blanca) muy eficientes, estos suelen suponer que las interfases entre cada una de las capas son totalmente planas y, por ende, cada estrato que compone este sistema de múltiples capas presenta un espesor constante. Aunque esto es aproximadamente cierto en muchos casos de interés, algunas interfases, como los contornos de la materia gris, en contacto con el líquido cefalorraquídeo (CSF, por las siglas en inglés para Cerebrospinal Fluid), presenta numerosas circunvoluciones. En el presente trabajo se estudia, tanto a través de métodos estocásticos y numéricos como también de forma experimental, la forma en que la luz se propaga en medios de múltiples capas con al menos una interfase no plana de forma simple, periódica y fácilmente parametrizable. Este trabajo se estructura como sigue: en primer lugar, en el Capítulo I se introduce la motivación que lleva a la utilización de técnicas de exploración de tejidos mediante NIRS, sus bondades y sus limitaciones. También se realiza el acercamiento teórico necesario para comprender las características principales de estas herramientas, su funcionamiento y las condiciones que deben cumplirse para aplicarlas u optimizar los resultados buscados. Finalmente, se exponen las soluciones halladas hasta ahora en diversos problemas de interés y la forma de abordarlos. En el Capítulo II se hace foco en el problema que es motivo y meollo de este trabajo: las interfases no planas que separan algunas capas del cerebro, y se introduce la manera en que será estudiada esta situación. En el Capítulo III se explican, en forma concisa, dos métodos computacionales utilizados para el estudio de los medios turbios multicapas, su funcionamiento y alcance. Se hacen, además, algunos comentarios sobre su implementación en CPU o GPU. A continuación, en el Capítulo IV, se detalla cómo se lleva a cabo el desarrollo experimental que permite cotejar lo que se ha obtenido de manera computacional con émulos de tejidos biológicos de dos o tres capas. Los resultados obtenidos, así como una discusión sobre los mismos, se presentan en el Capítulo V. Aquí se explica el análisis llevado a cabo, se ponen en tela de juicio los resultados y se estudia la factibilidad o aplicabilidad del trabajo. Finalmente, en el Capítulo VI se hace un recuento de lo más sobresaliente de esta tesis y se proponen trabajos a futuro, como forma de continuación y profundización de estos estudios.