“evaluación de un espectrómetro inductivo prototipo a
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INFORME TECNICO DE LA OPCIÓN CURRICULAR EN LA MODALIDAD DE:
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE
BIOTECNOLOGÍA
“Evaluación de un Espectrómetro Inductivo Prototipo a través
de Fantomas de Agar que Emulan Condiciones Relativas de
Cáncer de Mama.“
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO BIOMÉDICO
PRESENTA:
ANDRÉS CUAUHTÉMOC MARTÍNEZ RAMÍREZ
RAIGOSA BONILLA CAROLINA ESTEFANIA
DIRECTOR INTERNO: M en C. Rita Q. Fuentes Aguilar
DIRECTOR EXTERNO: Dr. César A. González Díaz
MÉXICO, D. F. NOVIEMBRE 2011
ii
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA
Dr. MARÍA GUADALUPE SOTELO RAMÍREZ
COORDINADOR DE PROYECTO TERMINAL III
Los abajo firmantes designados por el Comité de Proyecto Terminal como miembros del jurado
calificador del Informe final titulado “Evaluación de un Espectrómetro Inductivo Prototipo a través
de Fantomas de Agar que emulan condiciones relativas de Cáncer de Mama”, que presenta el (la)
C. Andrés Cuauhtémoc Martínez Ramírez de la carrera de Ingeniería Biomédica, informamos que
después de haber revisado cuidadosamente el informe escrito, consideramos que reúne las
características que se requieren para su impresión y aspirar a la aprobación del Proyecto Terminal III.
NOMBRE FIRMA
Dr. CÉSAR GONZALEZ DIAZ
ASESOR EXTERNO
M. en C. RITA Q. FUENTES AGUILAR
ASESOR INTERNO
Dr. C. LETICIA SANTOS CUEVAS
EVALUADOR
Se extiende la presente a los 30 días del mes de Noviembre del año 2011.
iii
INDICE
RESUMEN EVALUACIÓN DE UN ESPECTRÓMETRO INDUCTIVO PROTOTIPO A TRAVÉS DE
FANTOMAS DE AGAR QUE EMULAN CONDICIONES RELATIVAS DE CÁNCER DE MAMA ...................................... A
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................... 1
1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... 2
1.1 EPIDEMIOLOGÍA DEL CÁNCER DE MAMA ................................................................................ 2
1.2 MORBILIDAD ................................................................................................................................... 3
1.3 MORTALIDAD .................................................................................................................................. 4
1.4 DEFINICIÓN DE CÁNCER DE MAMA .......................................................................................... 6
2 TECNOLOGÍAS ACTUALES PARA CAMA. ....................................................................................... 6
2.1 MASTOGRAFÍA ............................................................................................................................... 8
2.1.1 VENTAJAS ............................................................................................................................... 8
2.1.2 DESVENTAJAS ....................................................................................................................... 8
2.2 ECOGRAFÍA .................................................................................................................................... 9
2.2.1 VENTAJAS ............................................................................................................................... 9
2.2.2 DESVENTAJAS ....................................................................................................................... 9
2.3 TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTARIZADA (TAC) ...................................................................... 10
2.3.1 VENTAJAS ............................................................................................................................. 10
2.3.2 DESVENTAJAS ..................................................................................................................... 11
2.4 RESONANCIA MÁGNETICA NUCLEAR .................................................................................... 11
2.4.1 VENTAJAS ............................................................................................................................. 12
2.4.2 DESVENTAJAS ..................................................................................................................... 12
2.5 TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES .................................................................... 13
2.5.1 VENTAJAS ............................................................................................................................. 13
2.5.2 DESVENTAJAS ..................................................................................................................... 14
2.6 TERMOGRAFÍA ............................................................................................................................. 15
2.6.1 VENTAJAS ............................................................................................................................. 15
2.6.2 DESVENTAJAS ..................................................................................................................... 15
3 TECNOLOGÍAS EMERGENTES......................................................................................................... 16
3.1 TOMOGRAFÍA DE IMPEDANCIA ELECTRICA (EIT) ................................................................ 17
iv
3.1.1 VENTAJAS ............................................................................................................................. 17
3.1.2 DESVENTAJAS ..................................................................................................................... 17
3.2 FLUOROSCOPÍA .......................................................................................................................... 18
3.2.1 VENTAJAS ............................................................................................................................. 18
3.2.2 DESVENTAJAS ..................................................................................................................... 18
3.3 INFRARROJOS ............................................................................................................................. 19
3.3.1 VENTAJAS ............................................................................................................................. 19
3.3.2 DESVENTAJAS ..................................................................................................................... 19
4 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................... 20
5 OBJETIVOS .......................................................................................................................................... 21
5.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................. 21
5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS......................................................................................................... 21
6 METODOLOGIA ................................................................................................................................... 22
6.1 FUNDAMENTOS BIOFISICOS .................................................................................................... 22
6.2 LEY DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE FARADAY ................................................. 22
6.3 SISTEMA INDUCTOR- SENSOR DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS ..................................... 23
6.4 CORRIMIENTO DE FASE INDUCTIVO ...................................................................................... 24
6.5 ESPECTRÓMETRO INDUCTIVO PROTOTIPO ........................................................................ 25
6.5.1 DISEÑO FÍSICO DEL ESPECTRÓMETRO INDUCTIVO PROTOTIPO (EIP). ................ 27
6.6 FANTOMAS DE AGAR ................................................................................................................. 29
7 RESULTADOS EXPERIMENTALES .................................................................................................. 29
7.1 DISEÑO EXPERIMENTAL ........................................................................................................... 29
7.1.1 EXPERIMENTO 1 (ACOPLAMIENTO INDUCTIVO AL MEDIO) ....................................... 29
7.2 EXPERIMENTO 2 (FANTOMAS DE AGAR) ............................................................................... 30
7.2.1 EMULACIÓN DE TEJIDO MAMARIO SANO ...................................................................... 30
7.2.2 EMULACIÓN DE TEJIDO CON REGIÓN TUMORAL ........................................................ 31
7.2.3 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO.................................................................................. 33
7.3 RESULTADOS DEL EXPERIMENTO ......................................................................................... 34
7.3.1 EXPERIMENTO 1 (ACOPLAMIENTO INDUCTIVO AL MEDIO) ....................................... 34
7.3.2 EXPERIMENTO 2 (FANTOMAS DE AGAR) ....................................................................... 35
v
8 DISCUSIÓN ........................................................................................................................................... 37
8.1 EXPERIMENTO 1 (ACOPLAMIENTO INDUCTIVO AL MEDIO) .............................................. 37
8.2 EXPERIMENTO 2 (FANTOMAS DE AGAR) ............................................................................... 38
9 CONCLUSIONES.................................................................................................................................. 40
10 RECOMENDACIONES PARA TRABAJO FUTURO ........................................................................ 41
11 RECONOCIMIENTOS .......................................................................................................................... 42
12 REFERENCIAS ..................................................................................................................................... 43
13 ANEXOS (PUBLICACIONES) ............................................................................................................. 46
Diseño de un sistema de Espectroscopia por Inducción Magnética con aplicaciones a la detección oportuna de
Cáncer de Mama .......................................................................................................................................... 46
Evaluación de un Espectrómetro Inductivo Prototipo a través de Fantomas de Agar que Emulan Condiciones
Relativas de Cáncer de Mama ......................................................................................................................... I
vi
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Gráfica comparativa del crecimiento de CaMa respecto al de Cáncer Cervico uterino .......... 2
Figura 2. Índice Mortalidad de mama por Entidad Federativa 2008. ......................................................... 5
Figura 3. MASTOGRAFÍA ............................................................................................................................. 9
Figura 4. ECOGRAFÍA ................................................................................................................................. 10
Figura 5. TAC de Mama ............................................................................................................................... 11
Figura 6. Resonancia Magnética Nuclear de mama. ................................................................................. 13
Figura 7. TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES ................................................................... 14
Figura 8. TERMOGRAFÍA ............................................................................................................................ 16
Figura 9. TOMOGRAFÍA DE IMPEDANCIA ELECTRICA ........................................................................ 18
Figura 10. FLUOROSCOPIA ...................................................................................................................... 18
Figura 11. ESPECTROSCOPÍA DE INFRARROJOS ............................................................................... 19
Figura 12. Sujetador ergonómico de bobinas (Transceptor)..................................................................... 23
Figura 13. Transceptor de bobinas ............................................................................................................ 24
Figura 14. Volumen de estudio dentro del transceptor. ............................................................................. 25
Figura 15. Diagrama a bloques de funcionamiento del espectrómetro inductivo ................................... 26
Figura 16. Diagrama a bloques del Espectrómetro Inductivo Prototipo ................................................... 27
Figura 17. Vista frontal del EIP con el sujetador ergonómico de bobinas ............................................... 28
Figura 18. Vista lateral del EIP .................................................................................................................... 28
Figura 19. Prototipo de Espectrómetro Inductivo con bobina sensor ergonómicamente adaptada a
muestra con 10ml de solución fisiológica. .................................................................................................. 30
Figura 20. Diseño físico de los fantomas de Agar (Parte anterior y posterior respectivamente). .......... 31
Figura 21 . Inserción de los fantomas de Agar respecto al borde axial medio ........................................ 32
Figura 22. Fantomas de Agar con el cilindro insertado. ............................................................................ 32
Figura 23. Fantomas en las 3 condiciones. ................................................................................................ 33
Figura 24. Fantoma de mama coaxialmente centrado en sujetador ergonómico de bobinas conectado
a Espectrómetro Inductivo Prototipo. .......................................................................................................... 34
Figura 25. Espectros de corrimiento de fase inductivo promedio de fantomas de mama en tres
condiciones: Sin región tumoral y con región tumoral a 2 y 3 cm del borde axial medio. ...................... 36
INDICE DE TABLAS Tabla 1. Porcentaje conceptual de los diferentes tipos de cánceres. ....................................................... 4
Tabla 2. Tecnologías Actuales aplicadas a Cáncer de Mama (GoldStandard). ..................................... 7
Tabla 3. Prueba t-student, valores t y significancia estadística ................................................................ 39
A
RESUMEN EVALUACIÓN DE UN ESPECTRÓMETRO INDUCTIVO PROTOTIPO A TRAVÉS DE
FANTOMAS DE AGAR QUE EMULAN CONDICIONES RELATIVAS DE CÁNCER DE MAMA
Andrés C. Martínez-Ramírez, Jesús G. Silva-Escobedo, Rita Q. Fuentes-Aguilar y César A. González-Díaz*. *Correspondencia: Escuela Militar de Graduados de Sanidad. Dirección: Cda. Palomas S/ numero Col. Lomas de san Isidro, SEDENA.
E-mail: [email protected]
Palabras clave: Cáncer de mama, Espectrómetro Inductivo, Fantomas de Agar
Introducción. El Cáncer de Mama (CaMa) es la neoplasia ma-ligna de mayor frecuencia y la principal causa de muerte por cáncer en las mujeres en el mundo. Actualmente no existe una tecnología portátil, no invasiva y de bajo costo, susceptible de emplearse como herramienta de pre diagnóstico temprano en lugares que no cuentan con sistemas de imagenología moderna. Para contrarrestar las limitaciones mencionadas antes es que se ha propuesto la técnica de Espectroscopía de Inducción Magnética (EIM) basada en el principio de que ante la híper-vascularización de neoplasias malignas se promueven cambios en la Impedancia Eléctrica (IE) del tejido [1]. La aplicación de mediciones de bioimpedancia en la detección de tumores malignos posee viabilidad técnica debido a que la conductividad eléctrica de tejido cancerígeno es diferenciable con respecto a tejido normal, por ejemplo; en un estudio reportado por Burdette [2], el tejido de mama humano tumoral presenta un incremento en la conductividad eléctrica de 4 a 8 mScm -1 respecto a un tejido normal. Hemos desarrollado un primer prototipo inductor-sensor de campos magnéticos de baja intensidad y de frecuencias no ionizantes, adaptado ergonómicamente a la anatomía de la mama, el sistema utiliza la técnica de EIM, la EIM mide las propiedades eléctricas del tejido a través de campos magnéticos a múltiples frecuencias. El objetivo del presente trabajo fue evaluar un Espectrómetro Inductivo prototipo y explorar la factibilidad de utilizar EIM para detectar cambios de conductividad eléctrica en volúmenes característicos de neoplasias cancerígenas en estadios tempranos (1ml) dentro de un fantoma con volumen y conductividad eléctrica proporcional y relativa a tejido de mama normal. Metodología: La descripción de la técnica general consiste en inducir un campo magnético en los fantomas en estudio, obteniendo los resultados de la aplicación de la inducción magnética a tres condiciones de fantomas que emulan la anatomía de una mama libre de cáncer, y con 2 casos diferentes de mama con región tumoral. Los resultados indican factibilidad técnica de la EIM para medir el cambio en la conductividad eléctrica de tejido cancerígeno. Resultados y Discusión: La figura 1 muestra los espectros de corrimiento de fase inductivo promedio medidos en los tres fantomas evaluados. Los valores del corrimiento de fase inductivo medidos en los fantomas de mama con emulación de región tumoral tienden a
diferenciarse de los valores medidos en el fantoma sin dicha región, particularmente a frecuencias inferiores a 0.03 MHz y superiores a 10MHz aproximadamente, Aún se requieren estudios orientados a identificar los anchos de banda en los que EIM resulte específicamente sensible la espectroscopía.
Fig. 1. Espectros de corrimiento de fase inductivo promedio de fantomas de
mama en tres condiciones: Sin región tumoral y con región tumoral a 2 y 3 cm del borde axial medio
Conclusiones y perspectivas: El Espectrómetro Inductivo prototipo evaluado presenta factibilidad técnica para emplear EIM en la detección de cambios de conductividad eléctrica en volúmenes de 1 ml característicos de neoplasias cancerígenas en estadios tempranos dentro de un volumen con conductividad eléctrica homogénea y relativamente proporcional al tejido de mama normal. Se requieren estudios adicionales que permitan diferenciar anchos de banda específicamente sensibles a cambios de conductividad eléctrica y a la posición de tales cambios. Agradecimientos: Este trabajo fue financiado a través del “Programa de Capacitación y Sensibilización para Efectivos en Perspectiva de Género” dependiente de la Secretaría de la Defensa Nacional-México, basado en el material que sustenta la solicitud de Patente “González CA, Sistema de Detección Volumétrica de Neoplasias Cancerígenas a través de Espectroscopia de Inducción Magnética y Nano partículas Bioconjugadas. Referencias:
[1] Stagg J, Johnstone RW, Smyth MJ. From cancer immunosurveillance to cancer immunotherapy. Immunological Reviews 2007 Vol. 220: 82–101.
[2] Burdette E.C. 1982, Electromagnetic and Acoustic Properties of Tissues. In Pyisical Aspects of Hyperthermia, G.H. Nussbaum (ed), AAPM Medical Physics
Monographs No. 8, pp 105-150.
-2
0
2
4
6
8
10
0.001 0.01 0.1 1 10 100
∆Ѳ
(grados)
MHz
Sin Phantom Tumor
Phantom Tumor a 2cm
Phantom Tumor a 3cm
1
AGRADECIMIENTOS
1 / 12 / 11.
Tengo recuerdos vagos de aquellas épocas, cuando miraba mis últimas páginas de la
primaria y me preguntaba… ¿Qué voy a estudiar? , ¿Qué seré de grande?, ¿Qué haré de
mi? Y así viví entre marañas de sueños, de hecho; hasta apenas hace una tercia de años supe
realmente que quería ser, y fui forjando mis metas hasta definirme profesionalmente. Sin
embargo no toda mi infancia fueron dudas, hay cosas más importantes y que jamás me
pregunté, seguro porque sabía que ahí siempre estaría presente… así es, el amor de mis
padres.
Papá, mamá, de verdad ¡muchas gracias! Por ser ese apoyo incondicional, por esos
esfuerzos que siempre hicieron por mi bienestar, por dar más de lo que yo merecía, por las
bendiciones, los regaños, los desvelos, los buenos y los malos momentos. A ti mi abuelito,
mi viejo, que descansas en el cielo y desde el horizonte vigilas mis sueños. Aimeé que
llegaste a ser un regalo divino, y que como el pilón nos llenaste de alegría las navidades.
Toño que a pesar de tu mal humor no te cambiaría por nada, buen hermano, buen amigo y
buen hijo. A ti Yessika que has estado siempre ahí, que llenas a diario los días de alegrías y
el corazón de ilusiones… También a ustedes mis tíos Samuel, Juan, Eva, Jazmín, Felipe,
Elba, Elvia, Essex que siempre están dispuestos a escucharme y dan su apoyo sin esperar
nada a cambio. A mi abuela Irma por el amor. A todos ustedes los amo y aprecio mucho.
Al capitán César González por su paciencia, por tenderme la mano siempre que lo he
necesitado, por la dosis de conocimientos e ideas, a la M. en C. Rita Q. Fuentes por la
confianza, porque siempre está ahí a la línea para lo que sea de forma incondicional, a la Dr.
Leticia Santos por el interés y apoyo en el proyecto, de verdad se les estima, muchas gracias
por todo.
A mis amigos de UPIBI, Adrián, Adán, Jessica, Xochitl, Erwing, Diego, Abraham Prado...
Por lo buenos momentos, un honor compartir estos 4 años con ustedes.
A todas las personas que lo hicieron posible, a ti que lees esto, de verdad muchas... pero
muchas ¡Gracias!
2
1. INTRODUCCIÓN
1.1 EPIDEMIOLOGÍA DEL CÁNCER DE MAMA
Actualmente el cáncer de mama (CaMa) representa un riesgo a la salud a nivel mundial y
para las mujeres mexicanas, pues a partir de 2006 se convirtió en la principal causa de
muerte por cáncer, superando ya al cáncer cérvicouterino. La seguridad social en México
cubre alrededor de 40 a 45% de la población total, mientras que para el otro 55 a 60% se
han desarrollado programas gratuitos de atención a la salud como el seguro popular,
ambos incluyen tratamiento de CaMa. A pesar de esto, los servicios escasean y las
intervenciones de detección temprana, en particular la mamografía son muy limitadas,
pues en 2007 sólo 22% de las mujeres de 40 a 69 años se sometió a una mamografía [1]
y [2].
Figura 1. Gráfica comparativa del crecimiento de CaMa respecto al de Cáncer Cervico uterino
3
En México, uno de los principales temas al igual que en otros países en desarrollo, es el
mejoramiento y la ampliación del tamizaje encaminado a promover la detección temprana.
Los datos disponibles sugieren que sólo entre 5 y 10% de los casos en México se detecta
en las fases iniciales de la enfermedad (localizada en la mama) en comparación con 50%
en Estados Unidos [3] y [4].
Existe mucha deficiencia para el tratamiento de dicha enfermedad en lugares donde no se
cuenta con sistemas de imagenología moderna, pues hasta el momento no existen
equipos con tecnología portátil, no invasiva y de bajo costo susceptible de emplearse para
el pre-diagnóstico temprano. Por lo que es necesario proponer nuevas técnicas que
resulten efectivas para su detección oportuna y disminuir los altos índices de mortandad
por carcinoma mamario.
1.2 MORBILIDAD
Algunos factores de riesgo para el desarrollo de cáncer son el consumo de tabaco y
alcohol, la obesidad, las infecciones de transmisión sexual como el VPH y la inactividad
física, entre muchos otros. De acuerdo con la OMS, el cáncer podría disminuir casi en una
tercera parte del total de casos, si la detección y el tratamiento fueran oportunos [5] y [6].
De acuerdo al estudio realizado por la OMS en 2005, es posible prevenir el 30% de los
casos de cáncer a través de la disminución de factores de riesgo. Por ello, como resultado
de las recomendaciones internacionales, en México se llevan a cabo programas
encaminados a prevenir los principales tipos de cáncer, a través de estrategias de
prevención y detección oportuna, dos ejes fundamentales para disminuir la morbilidad y
mortalidad por dicho padecimiento.
La Secretaría de Salud (SSA) reporta que del egreso hospitalario por cáncer en 2008, la
leucemia tuvo mayor presencia (8.7%), seguida del cáncer de mama (5.8%), de cuello de
útero (3.3%) y ovario (2.1%). La leucemia afecta principalmente a los hombres (15.1%),
mientras que el cáncer de mama a las mujeres (8.4 por ciento). [7]
4
Tabla 1. Porcentaje conceptual de los diferentes tipos de cánceres.
1.3 MORTALIDAD
La Organización Mundial de Salud (OMS) estima que el cáncer podría cobrar la vida de
10.3 millones de personas en el mundo para 2020, afectando a 6.7 millones de personas
cada año. En nuestro país, la tasa de defunción por tumores tiende a aumentar. De 1998
a 2008, la tasa de mortalidad por cáncer se incrementó, pasando de 57.7 a 66.6 por cada
100 mil habitantes; entre las mujeres, el crecimiento fue de 59.6 a 66.7 por cada 100 mil
habitantes, mientras que entre los hombres, de 55.6 a 66.5 cada 100 mil habitantes.
El incremento en dicha tasa es aproximadamente de diez puntos; sin embargo, esta
tendencia resulta preocupante por sus implicaciones sobre los años de vida perdidos en el
proceso de la enfermedad, así como por la capacidad de las instituciones para dar
atención adecuada y oportuna, y por el impacto que tiene dicha enfermedad en la familia.
Finalmente, de acuerdo con las defunciones por tumores malignos en 2008, entre los
hombres, el mayor porcentaje de lesiones malignas fue en la próstata (8.1%), seguido por
los tumores de tráquea, bronquios y pulmón (7.0%), enfermedad asociada al consumo de
5
tabaco; y entre las mujeres, el cáncer de mama (7.6%) es el tipo de cáncer que más
muertes ha cobrado, seguido por los tumores malignos de ovarios (6.4 por ciento) [8].
A nivel México los índices de mortalidad más altos los tienen los estados del norte, como
Sonora, Chihuahua, y Baja california mientras que los índices más bajos los tienen los
estados del sur como Chiapas, Quintana Roo y Yucatán. Los estudios datan que en
principio estos resultados tienen que ver con el color de piel de la mayoría de las mujeres
de dichos estados, ya que es más común que las patologías asociadas al cáncer de
mama en mujeres de raza blanca respecto a las de color. Cabe destacar que la tasa
nacional de CaMa está situada en el 16.7% anual.
Figura 2. Índice Mortalidad de mama por Entidad Federativa 2008.
6
1.4 DEFINICIÓN DE CÁNCER DE MAMA
El cáncer de mama es el crecimiento desenfrenado de células malignas en tejido
mamario. Existen dos tipos principales de cáncer de mama, el carcinoma ductal y el más
frecuente que comienza en los conductos que llevan leche desde la mama hasta el pezón
y el carcinoma lobulillar que comienza en los lobulillos, que producen la leche materna.
Los principales factores de riesgo de contraer cáncer de mama incluyen una edad
avanzada, la primera menstruación a temprana edad, edad avanzada en el momento del
primer parto o nunca haber dado a luz, antecedentes familiares de cáncer de mama, el
tomar hormonas tales como estrógeno y progesterona, el consumir licor y ser de raza
blanca.
Para detectar cáncer de mama, se utilizan diferentes pruebas como la mamografía,
ultrasonido mamario con transductores de alta resolución (ecografía), una prueba de
receptores de estrógeno y progesterona o imágenes por resonancia magnética. Sin
embargo el diagnóstico de cáncer de mama sólo puede adoptar el carácter de definitivo
por medio de una biopsia mamaria [9] y [10].
2 TECNOLOGÍAS ACTUALES PARA CAMA.
De los sistemas actuales de imagenología a los que tiene acceso México, hay protocolos
o un conjunto global de estándares encargados de promover la detección y tratamiento de
Cáncer de Mama dentro de la denominada Gold Standard. Este protocolo es un estudio
que demuestra que técnicas han sido estudiadas, comprobadas y normalizadas para su
aplicación dentro del campo médico enfocadas al CaMa. La tabla 1 nos muestra las
técnicas de la Gold Standard aplicadas en la detección y tratamiento de Cáncer de Mama.
7
Tabla 2. Tecnologías Actuales aplicadas a Cáncer de Mama (GoldStandard).
TECNICA PRINCIPIO
MASTOGRAFIA RAYOS X
ECOGRAFIA ULTRASONIDO
TOMOGRAFIA AXIAL COMPUTARIZADA
(METASTASIS)
RAYOS X, CON PROCESAMIENTO DE
IMÁGENES
RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR CAMPOS MAGNETICOS
TOMOGRAFIA POR EMISIÓN DE
POSITRONES
INYECTAR UN RADIO FARMACO
TERMOGRAFIA REGISTRAR DIFERENCIAS DE
TEMPERATURA
Dentro de todas ellas las más utilizadas son la mastografía y la ecografía, y a pesar de ser
técnicas muy útiles para los médicos, presentan ciertas ventajas y desventajas por lo que
se ha recurrido a implementar nuevas técnicas que resulten útiles para el pre diagnóstico
de CaMa. Cabe mencionar que todas estas formas de detección son para pre diagnostico
ya que por ahora la única técnica realmente confiable es por medio de la realización de
una biopsia. A continuación se mencionará en qué consiste cada una de estas técnicas,
así como las principales ventajas y desventajas de cada una de ellas.
8
2.1 MASTOGRAFÍA
La mastografía es un estudio de rayos x, también denominada radiografía de los senos o
mamografía en la que se toman varias placas de rayos x y que son interpretadas por un
radiólogo para identificar la posible presencia de neoplasias malignas.
2.1.1 VENTAJAS
- Puede ayudar a identificar cáncer antes de que sea palpable, estadíos tempranos.
- Realizar un diagnostico en tumores de menor tamaño y en etapas más tempranas
ayudan a tratamientos menos agresivos.
2.1.2 DESVENTAJAS
- Las mujeres menores a 50 años de edad presentan mayor densidad en los
pechos por lo cual el cáncer de mama se comporta de forma diferente.
- A menor edad las mujeres presentan mayores falsos positivos y falsos negativos,
por lo cual generan más sobre diagnostico y sobre tratamiento [11].
- No debe indicarse en mujeres asintomáticas menores de 40 años ya que resulta
poco efectiva para la detección temprana [12].
- Muchas de las mamografías realizadas presentan falsos positivos, lo que incita a
mujeres a realizarse estudios invasivos como biopsias que pudieran ser
innecesarios [13].
- Aunque no existe un riesgo relevante de desarrollar cáncer al realizarse una
mamografía, ya que las radiaciones son de baja potencia y por tanto, siempre
existe una mínima posibilidad de desarrollar cáncer debido a la combinación de
radiación y otros factores externos, por lo que se realiza cada dos años
aproximadamente, a partir de los 40 años y cada año a partir de los 50´s.
9
Figura 3. MASTOGRAFÍA
2.2 ECOGRAFÍA
Es una técnica secundaria en el diagnóstico de cáncer de mama. Se emplean
ultrasonidos que son convertidos en imágenes. La principal utilidad de una ecografía es
que gracias a esta técnica se pueden localizar y diferencias tumores formados por
líquidos (quistes) de las masas solidas.
2.2.1 VENTAJAS
- En ocasiones los radiólogos prefieren emplear esta técnica en mujeres jóvenes, ya
que sus mamas normalmente suelen tener una mayor densidad, lo que resume
que esta prueba presenta mayor sensibilidad en estos casos.
- Permite realizar estudios en tiempo real ya que es dinámico y repetible las veces
que sean necesario [14].
- Se realiza sin ningún tipo de radiación a diferencia de la mamografía [15], que
emplea radiaciones ionizantes.
2.2.2 DESVENTAJAS
- Depende de la propia experiencia del eco grafista o radiólogo para emplear un
buen diagnostico.
10
- No detecta en forma precoz el cáncer ya que tanto tejidos benignos como
malignos presentan características similares por lo que sólo indica si la lesión es
solida o quística.
- Usualmente solo sirve como complemento de la mastografía [16].
- No detecta la presencia de micro calcificaciones o ciertas asimetrías mamarias
que pueden relacionarse con lesiones malignas [17].
Figura 4. ECOGRAFÍA
2.3 TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTARIZADA (TAC)
Consiste en una técnica de rayos X que utiliza un haz giratorio con la que se visualiza
distintas áreas del cuerpo desde diferentes ángulos. Sirve para el diagnóstico de las
metástasis, no del cáncer de mama propiamente [18]. Normalmente esta prueba se utiliza
para ampliar el estadiaje de los canceres.
2.3.1 VENTAJAS
- Permite la reconstrucción de las imágenes en 3D.
11
- Ayuda a conocer una mejor posición anatómica del tumor.
- Imágenes con mayor resolución-
2.3.2 DESVENTAJAS
- Existe en todo momento la posibilidad de contraer cáncer como consecuencia de
la exposición excesiva a la radiación.
- La dosis de radiación empleada es alta ya que en proporción, es la misma que una
persona que recibe radiación de fondo en tres años [19].
-
Figura 5. TAC de Mama
2.4 RESONANCIA MÁGNETICA NUCLEAR
Consiste en un examen médico no invasivo que sirve para detectar cáncer en el área de
las mamas. La forma de operación es mediante el empleo de un campo magnético
potente, y un sistema avanzado de cómputo para la reconstrucción de imágenes
12
detalladas de los órganos, huesos y tejidos de acuerdo al área sometida a dicha técnica,
sin emplear radiaciones ionizantes ya que se basa en el principio de inducción magnética.
2.4.1 VENTAJAS
- Es una técnica de exploración no invasiva que no requiere de radiaciones
ionizantes.
- Por medio de ella es posible descubrir anomalías que pueden quedar ocultas tras
efectuarse los otros medios de exploración.
- El material de contraste utilizado en los exámenes de RMN tienen menores
probabilidades de producir una reacción alérgica que los materiales basados en
yodo utilizados en rayos x convencionales y la Tomografía Axial Computarizada.
- La RMN puede obtener satisfactoriamente imágenes de los senos densos que son
comunes en las mujeres más jóvenes, así como de implantes de mama, que son
difíciles de captar mediante una mamografía tradicional.
- No causa dolor y no tiene necesidad de punciones [20].
2.4.2 DESVENTAJAS
- Se garantizan imágenes de alta calidad sólo si el paciente es capaz de
mantenerse inmóvil y retener la respiración mientras se toman las imágenes.
- La presencia de algún implante, sobre todo de metal pudiera impedir parcial o
totalmente la toma de imágenes.
- El ruido intenso puede llegar a ser molesto.
- La RMN no siempre distingue entre cáncer y líquido de edema.
- No se cuenta con este tipo de instrumentos más que en el tercer nivel de atención
a la salud, ya que en si el propio equipo requiere de espacios con características
especiales para su correcto funcionamiento [21].
- No es capaz de identificar micro calcificaciones que pueden dar indicios a cáncer
de mama.
- No todos los pacientes son aptos para ser sometidos a RMN ya que deben
presentar ciertas características para evitar daños provocados por la RMN [22].
- Es un estudio que es mucho más costoso que los demás estudios conocidos.
- El tiempo del examen [23].
13
Figura 6. Resonancia Magnética Nuclear de mama.
2.5 TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES
Consiste en inyectar un radio fármaco combinado con glucosa que será captado por las
células cancerosas, en caso de que exista cáncer estas consumen más glucosa. El radio
fármaco hará que se localicen las zonas donde se encuentre el tumor. La imagen se
obtiene gracias a que los tomógrafos son capaces de detectar
los fotones gamma emitidos por el paciente. Éstos fotones gamma de 511 Kev son el
producto de una aniquilación entre un positrón, emitido por el radiofármaco, y
un electrón cortical del cuerpo del paciente.
2.5.1 VENTAJAS
- Mejor localización anatómica de los hallazgos de cáncer.
- Facilidad para la detección de metástasis, debida a su alta sensibilidad de la
técnica [24].
- Detección de metástasis a distancia.
14
- La sensibilidad de la PET no está afectada por la densidad de las mamas por lo
que es útil en el estudio de mamografías dudosas [25].
- Muy útil en la estadificación ganglionar regional de la mama interna.
- Evaluación de respuesta a la quimioterapia [26].
2.5.2 DESVENTAJAS
- Es difícil obtener una detección en zonas radiadas previamente ya que la fibrosis
secundaria en ambos casos provocan de forma transitoria un aumento local de la
captación del radiofármaco.
- El costo del estudio es elevado debido a la utilización de radio fármacos.
- Son equipos con grandes dimensiones, lo que hace que demanden espacios de
mayores magnitudes.
- No detecta tumores menores de 8 milímetros [27].
-
Figura 7. TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES
15
2.6 TERMOGRAFÍA
También es conocida como imagen termal infrarroja digital que se basa en la utilización
de cámaras infrarrojas de alta tecnología. El cáncer lo que hace es estimular la
producción de dilatación vascular, y aumenta el suministro de sangre y del calor. La
cámara infrarroja crea imágenes de este suministro de sangre anormal que se forma para
alimentar los tumores cancerosos. Para las personas con destrezas en interpretar tales
imágenes, estos vasos se ven diferentes e indican un desarrollo anormal [28].
2.6.1 VENTAJAS
- La mamografía requiere que la neoplasia sea lo suficientemente grande como para
ser considerada tumor mientras que la termo grafía ayuda a detectarlo hasta 10
años antes mientras esta en tamaño muy pequeño.
- Es no invasiva y no genera ninguna clase de dolor.
- No utiliza radiaciones ionizantes.
- Puede ser utilizada por cualquier mujer independientemente de su edad [29].
- Tiene una sensibilidad y una especificidad del 90% en el diagnostico de cáncer de
mama.
2.6.2 DESVENTAJAS
- La escala de colores no corresponde a intervalos fijos de temperatura, lo que
hace imposible practicar medidas térmicas diferenciales con gran precisión.
- Puede llegar a presentar resultados ambiguos ya que no existe ninguna otra
técnica para diagnosticar en una época tan poca avanzada por lo que en
ocasiones para confirmar la enfermedad se debe esperar a que se desarrolle más
y los estudios de imagenología lo detecten [30].
- La termo grafía requiere de lugares con características específicas para llevar de
forma adecuada el estudio.
16
- Es una técnica más cara que la mamografía por lo que hace menos común su
aplicación.
Figura 8. TERMOGRAFÍA
3 TECNOLOGÍAS EMERGENTES
Las limitaciones actuales en el tratamiento del cáncer están asociadas al diagnóstico
tardío de la enfermedad, así como a la imposibilidad de monitorear continuamente la
respuesta terapéutica, pues aún con los sistemas actuales de imagenología, la escasa o
nula disponibilidad de los mismos en el primer nivel de atención de la salud no permite
que las mujeres con potenciales riesgos de desarrollar cáncer de mama sean candidatas
a realizarse estudios de tamizaje en etapas tempranas de la enfermedad.
Dadas estas limitantes es que alrededor del mundo se han estado trabajando en nuevos
proyectos que cuenten con tecnologías alternas a las ya mencionadas, que resulten
efectivas para la detección oportuna de esta patología y disminuir los altos índices de
mortandad por carcinoma mamario.
Básicamente son tres las tecnologías alternas que se han estudiado para implementarse
en cáncer de mama, las cuales son:
17
- Tomografía de Impedancia Eléctrica
- Fluoroscopía
- Infra rojos IR
A continuación se mencionará en qué consiste cada una de estas técnicas, así como las
principales ventajas y desventajas de cada una de ellas.
3.1 TOMOGRAFÍA DE IMPEDANCIA ELECTRICA (EIT)
Actualmente la EIT está siendo investigada como una técnica alternativa y
complementaria a la mamografía y la RMN para la detección de cáncer de mama. Esto se
desencadena por el alto porcentaje de falsos positivos en la mamografía, y la toxicidad
producida por el medio de contraste en la RMN que hace que se planteen nuevas
técnicas para su detección. La literatura menciona que existen diferencias en las
propiedades eléctricas entre tejido sano y tejido maligno, por lo que es una buena ruta
para el desarrollo de una nueva técnica.
Actualmente ya existe un dispositivo que funciona a través de esta técnica que es el T-
SCAN DEVICE el cual cuando se trabaja en conjunto con la mastografía a aumentado el
porcentaje de sensibilidad y especificidad.
3.1.1 VENTAJAS
- Alta sensibilidad en tumores pequeños, menores a 1cm, no utiliza radiación.
3.1.2 DESVENTAJAS
- Requiere un buen acoplamiento galvánico electrodo- piel, que en ocasiones se ve
afectado por sudoración de la piel o el nivel de hidratación de la misma.
18
Figura 9. TOMOGRAFÍA DE IMPEDANCIA ELECTRICA
3.2 FLUOROSCOPÍA
Es una nueva técnica empleada en imagenología que sirve para obtener imágenes
médicas del cuerpo en tiempo real, mediante el uso de un fluoroscopio. Básicamente
utiliza una fuente de rayos x y una pantalla fluorescente entre las que se sitúa al paciente.
Generalmente se le inyecta al paciente un medio de contraste cuya densidad es muy
diferente a la densidad del tejido humano para distinguir el tejido a estudiar del resto.
3.2.1 VENTAJAS
- Mayor calidad de imagen que una mamografía pues tienen un medio de contraste
3.2.2 DESVENTAJAS
- Al fin y al cabo sigue utilizando radiaciones ionizantes.
Figura 10. FLUOROSCOPIA
19
3.3 INFRARROJOS
También es conocida como espectroscopía de infrarrojos, y consiste en detectar la
sustancia oxihemoglobina. La oxihemoglobina es la hemoglobina cuando esta unida al
oxigeno, y que puede resultar como un importante indicador en la formación de un tumor.
Existe un proceso relacionado con el desarrollo de tumores que se llama angiogenesis,
que es el crecimiento del número de venas en los tejidos, ya que el crecimiento de los
tumores requiere el aporte de nutrientes y oxígeno en el riego sanguíneo y para ello se
incrementa el número de venas.
La técnica de espectroscopía de infrarrojos se basa en dos principios básicos: el primero
es que los tejidos son relativamente transparentes a la radiación y el segundo es que los
tejidos contienen sustancias sensibles a la radiación como la oxihemoglobina. Sharc08 es
el aparato prototipo en el que se está trabajando actualmente.
3.3.1 VENTAJAS
- Estudio no invasivo y de alta precisión.
3.3.2 DESVENTAJAS
- No hay evidencia aún, está en desarrollo Sharc 08, en Colombia.
Figura 11. ESPECTROSCOPÍA DE INFRARROJOS
20
4 JUSTIFICACIÓN
Actualmente no existe una tecnología portátil, no invasiva y de bajo costo, que pueda
emplearse como herramienta de pre diagnóstico y alarma oportuna en lugares donde no
se cuenta con sistemas de imagenología moderna. Para contrarrestar estas limitaciones
se propone la técnica de Espectroscopía de Inducción Magnética (EIM), basada en el
principio de que ante la hiper-vascularización de neoplasias malignas se promueven
cambios en la Impedancia Eléctrica (IE) del tejido. Esto ha sugerido el uso de mediciones
de bioimpedancia para la detección de cáncer en diferentes órganos y tejidos. Scharfetter
y colaboradores han considerado a la Espectroscopia de Impedancia Eléctrica (EIE) como
una posibilidad para producir información relativa a condiciones anormales en tejidos [31].
Griffiths propuso el empleo de mediciones bioeléctricas a través de inducción magnética a
una sola frecuencia con bobinas no invasivas como una alternativa valiosa para
monitorear, sin contacto físico, el estado de salud de órganos y tejidos [32] y [33]. La
aplicación de mediciones de bioimpedancia en la detección de tumores malignos posee
viabilidad técnica debido a que la conductividad eléctrica de tejido cancerígeno es
diferenciable con respecto a tejido normal, por ejemplo; en un estudio reportado por
Burdette [34], el tejido de mama humano tumoral presenta un incremento en la
conductividad eléctrica de 4 a 8 mScm-1 respecto a un tejido normal.
Nuestro grupo ha propuesto mediciones bioeléctricas a través de inducción magnética a
múltiples frecuencias como una alternativa valiosa para monitorear, sin contacto físico,
neoplasias en tejido de mama. La forma en cómo se pretende evaluar el espectrómetro
Inductivo Prototipo (EIP) es mediante la emulación de tejido mamario a través de
fantomas de Agar que tengan propiedades eléctricas relativas y proporcionales a tejido
real de mama.
21
5 OBJETIVOS
5.1 OBJETIVO GENERAL
- Evaluar un Espectrómetro Inductivo prototipo y la factibilidad de utilizar la técnica
de Espectroscopía de Inducción Magnetice para detectar cambios de
conductividad eléctrica en volúmenes característicos, mediante la Emulación
neoplasias cancerígenas en estadios tempranos (1ml) dentro de un gel (fantoma)
con volumen y conductividad eléctrica proporcional y relativa a tejido de mama.
5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Desarrollar tres geles (fantomas) de Agar para emular tejido mamario en tres
condiciones: Región sana, región tumoral a 2 cm respecto al borde axial medio y
región tumoral a 3 cm respecto al borde axial medio.
- Medir el corrimiento de fase inductivo con el Espectrómetro Inductivo Prototipo en
un ancho de banda 1 Khz-100Mhz a 196 pasos para cada uno de los fantomas.
- Para cada fantoma, realizar la medición de corrimiento de fase inductivo por
triplicado.
- Realizar el promedio de las tres mediciones para cada uno de los fantomas y
hacer una correlación de los datos donde se pueda comparar el corrimiento de
fase inductivo para cada uno de los fantomas en un grafica.
- Determinar la factibilidad de emplear la EIM para una potencial aplicación en la
detección de Neoplasias malignas en tejido de mama.
22
6 METODOLOGIA
6.1 FUNDAMENTOS BIOFISICOS
Cuando la energía (campo electromagnético) utilizada para medir la bioimpedancia en un
material, es aplicada a distintas frecuencias y se observa un comportamiento particular
para cada una de ellas se dice que se realiza una Espectroscopía de Inducción Magnética
(EIM), esto comprende la aplicación de una corriente eléctrica a través de una bobina
para generar un campo magnético. Dicho Campo magnético recorrerá de forma oscilante
el volumen en estudio y a su vez será censado por una segunda bobina que convertirá el
campo magnético en un potencial eléctrico (corrientes inducidas), para el registro de los
cambios de conductividad eléctrica por medio de la magnitud y fase del sistema mientras
atraviesa el material en cuestión. Dichos cambios en los niveles de conductividad eléctrica
difiere entre un material y otro, según la ley de inducción magnética de Faraday [35].
Donde la magnitud está relacionada a las propiedades de permeabilidad y permitividad
del material, mientras que la base está enfocada a las propiedades de conductividad
eléctrica del mismo.
6.2 LEY DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE FARADAY
La ley de inducción de Faraday, sostiene que un campo magnético variable induce un
potencial eléctrico en un medio conductivo. Dicho potencial induce a su vez un flujo de
corrientes eléctricas (corrientes Inducidas) en el material conductor directamente
proporcional al potencial eléctrico inducido y a la conductividad eléctrica del material, por
lo que a mayor conductividad del material, mayor será la energía que el material deberá
absorber. Es decir cuando un potencial eléctrico es introducido dentro de una bobina,
esta generará un campo magnético directamente proporcional al campo eléctrico inducido
en la bobina, y a su vez un campo magnético inducido dentro de un bobina, generara un
potencial eléctrico de acuerdo a la intensidad del campo magnético inducido [36].
23
6.3 SISTEMA INDUCTOR- SENSOR DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS
El equipo de investigación desarrollo un sujetador ergonómico de bobinas, adaptado a
una mama copa 34-B (ver figura 12).
Figura 12. Sujetador ergonómico de bobinas (Transceptor)
Dicho sistema está compuesto por dos bobinas, la primera (L1) es la bobina inductora de
campo magnético y su función será la generación de campo magnético de cierta
frecuencia, mismo que se propagar a través de la mama hasta llegar a la bobina sensor
(L2). La bobina sensor recogerá el campo magnético y sus perturbaciones y lo convertirá
en un nivel de voltaje para poder analizar la señal (ver Figura 13).
24
Figura 13. Transceptor de bobinas
6.4 CORRIMIENTO DE FASE INDUCTIVO
Se ha considerado como caso de estudio un volumen de mama colocado entre una
bobina inductor y una bobina sensor (ver figura 7). Como ya se mencionó anteriormente
se hará fluir un corriente de cierta frecuencia en la bobina inductora que a su vez,
inducirá un campo magnético primario en la bobina sensor. La fase del campo
magnético está ligada a la propia fase del voltaje de referencia ( ) en la bobina
inductor. El volumen del tejido es considerado no magnético con propiedades
conductivas. De acuerdo con Griffiths y colegas, la corriente inducida en el volumen del
tejido en estudio causa una perturbación del campo magnético primario . El campo
magnético total + detectado en la bobina sensor está desfasado con respecto al
campo magnético primario por un ángulo [37] y [38]. Así; el cambio total en el
corrimiento de fase () entre los voltajes de referencia ( ) e inducido ( ) en la
bobina inductor y sensor respectivamente se puede calcular por la expresión:
)()( refind VV (1)
La presencia de una masa con mayor conductividad que emula una región tumoral dentro
del volumen de estudio modifican las propiedades eléctricas volumétricas de tal forma que
25
su conductividad eléctrica compuesta total se incrementa [39] y [40]. Dicho incremento
conductivo promueve que la influencia de un campo magnético se refleje como una
inducción selectiva de corrientes en la región tumoral, lo cual a su vez provoca una mayor
perturbación del campo magnético primario y consecuente incremento del corrimiento de
fase inductivo que se detecta a través del Espectrómetro Inductivo Prototipo.
Figura 14. Volumen de estudio dentro del transceptor.
6.5 ESPECTRÓMETRO INDUCTIVO PROTOTIPO
Se construyó y se desarrolló un prototipo de espectrómetro inductivo en el Laboratorio de
Bioingeniería de la Escuela Militar de Graduados de Sanidad, dependiente de la
Universidad del Ejército y Fuerza Aérea bajo la dirección del Capitán César A. González.
La idea principal fue la implementación de una tecnología útil y con dimensiones
adecuadas para un equipo médico portátil. Dicho sistema está integrado por 8 elementos
principales: Micro controlador (MC), Sintetizador digital, amplificador, Sensores (Par de
bobinas), detector de fase y ganancia, convertidor A/D, interfaz LCD (por sus siglas en
ingles “pantalla de cristal liquido”), y una unidad de almacenamiento y procesamiento
grafico digital (PC) (ver figura 15).
26
El Micro controlador (MC) se encarga de dar las instrucciones: Frecuencia Inicial (Fi),
Frecuencia final (Fn), Numero de pasos y escala de grafico (Logarítmica o lineal) al
sintetizador digital, y este ultimo genera una corriente alterna de múltiples frecuencias a
pasos pre-programados que se induce en el transceptor, el cuál consta de una bobina
generadora de campo magnético (L1) y una bobina detectora de dicho campo y sus
perturbaciones (L2).
La bobina L1 genera un campo magnético repartido por medio de líneas de flujo, las
cuales son detectadas por la bobina L2, y esto a su vez induce una corriente eléctrica
sobre el conductor, cuya señal es amplificada y descompuesta en su parte real e
imaginaria para obtener posteriormente la magnitud y fase del voltaje.
Figura 15. Diagrama a bloques de funcionamiento del espectrómetro inductivo
L1 L2
27
El detector de fase y ganancia a su vez, estima el corrimiento de fase inductivo entre la
bobina L1 y L2. Tal desfasamiento refleja las propiedades eléctricas del tejido en estudio.
Los niveles de voltaje recogidos son valores analógicos, los cuales requieren ser
convertidos a valores digitales para el procesamiento de la señal.
Por último, el convertidor A/D envía simultáneamente la información digitalizada a los
puertos digitales del MC para que muestre los detalles de cada uno de los procesos en la
interfaz LCD, así como a la unidad de almacenamiento digital para su posterior análisis.
6.5.1 DISEÑO FÍSICO DEL ESPECTRÓMETRO INDUCTIVO PROTOTIPO (EIP).
Los elementos de funcionalidad del EIP descritos en el punto anterior, se incluyeron
dentro de un sistema mínimo el cual a groso modo queda definido dentro del siguiente
diagrama (ver Figura 16.)
Figura 16. Diagrama a bloques del Espectrómetro Inductivo Prototipo
El sistema se compone de cinco módulos: Sintetizador digital, Transceptor, Detector de
magnitud y fase, Convertidor A/D, Control y almacenamiento digital. La figura 17 y 18
muestra de forma física el sujetador ergonómico de bobinas y el espectrómetro inductivo
28
prototipo, además del sistema de amplificación. El EIP tiene unas dimensiones de 21 cm
de largo x 14 cm de ancho x 14 cm de alto.
Figura 17. Vista frontal del EIP con el sujetador ergonómico de bobinas
Figura 18. Vista lateral del EIP
29
6.6 FANTOMAS DE AGAR
Se diseñaron y desarrollaron tres geles que emulan la anatomía de una mama gracias a
la colaboración del teniente Jesús G. Silva-Escobedo. Dichos geles fueron elaborados
con Solución Fisiológica (C.S. PISA calve 3608), Agar (Invitrogen Cat No. 30391) y
Sacarosa (Gibco BRL Cat. No. 5503UA) en tres condiciones. La primera que emulara
tejido sano, y los otros dos tejidos con una región tumoral a dos y tres cm respecto al
borde axial medio. La idea es observar si existen diferencias en el corrimiento de fase
inductivo entre las diferentes condiciones.
7 RESULTADOS EXPERIMENTALES
7.1 DISEÑO EXPERIMENTAL
Se realizaron Espectros de corrimiento de fase inductivo en el EIP. Dichos espectros
fueron medidos a 196 frecuencias logarítmicamente espaciadas en el ancho de banda de
0.001-100MHz. Se realizaron dos experimentos, En el primero se sometió a
espectroscopía sin ningún material el transceptor (Sensor ergonómico de Bobinas) para
determinar el acoplamiento inductivo al medio. En el segundo experimento se hicieron las
pruebas en los fantomas de Agar que emulan tejido de mama.
7.1.1 EXPERIMENTO 1 (ACOPLAMIENTO INDUCTIVO AL MEDIO)
Al dispositivo se le adaptó una bobina prototipo para realizar pruebas preliminares con
muestras de solución fisiológica y el acoplamiento al medio inductivo. (Figura 19). A su
vez se preparo también un tubo de ensaye con solución fisiológica, que serviría para
cerciorarnos que haya diferencias entre el acoplamiento al medio inductivo respecto a la
solución fisiológica.
30
Figura 19. Prototipo de Espectrómetro Inductivo con bobina sensor ergonómicamente adaptada a muestra con 10ml de solución fisiológica.
7.2 EXPERIMENTO 2 (FANTOMAS DE AGAR)
Para el segundo experimento se requiere realizar los fantomas de Agar.
7.2.1 EMULACIÓN DE TEJIDO MAMARIO SANO
Para realizar los tres fantomas se utilizó una solución fisiológica con una concentración
de NaCl al 0.9%, Agar al 5% y Sacarosa 3%, dicha solución fue homogenizada a 90oC de
acuerdo a las especificaciones del experimento obtenidas de la literatura [41], pues
menciona que estos niveles de concentración son relativos a tejido de mama normal, por
lo consiguiente la conductividad y bioimpedancia eléctrica son relativamente
proporcionales a las características reales. Tras obtener la mezcla se vertió en un molde
PVC con la anatomía de una mama y un volumen de 275ml con la finalidad de
comprender la figura de una mama copa 34-B, ya que esta es la copa promedio para la
mujer mexicana. La figura 13 nos muestra un ejemplo de los fantomas.
31
Figura 20. Diseño físico de los fantomas de Agar (Parte anterior y posterior respectivamente).
7.2.2 EMULACIÓN DE TEJIDO CON REGIÓN TUMORAL
Se diseñaron pequeños cilíndricos que emulan regiones tumorales de 1ml de volumen,
Cada cilindro fue elaborado con una concentración de NaCl 3% (J.T. Baker, Cat. No.
3624-01) Agar 5% y Sucroza 3%. Se tomaron dos fantomas y se le inserto un cilindro que
emula región tumoral a cada uno. Dicho cilindro fue colocado en la parte posterior del
fantoma de mama a una distancia de 2cm y 3cm con respecto al borde axial medio de la
mama (figura 22). La intersección de las líneas nos indica la posición donde fueron
insertados los cilindros tumorales.
Un fantoma de mama permaneció sin fantoma cilíndrico, por lo que se generaron
fantomas de mama que emulan tres condiciones diferentes:
a) Sin región tumoral
b) Con región tumoral a 2cm respecto al borde axial medio.
c) Con región tumoral a 3cm del borde axial medio respectivamente.
Si se observa, para la región que emula tejido sano el nivel de concentración es del 0.9 %
mientras que el nivel de concentración de NaCl para los cilindros que emulan región
tumoral es del 3%. Esto se realizó con la finalidad de conseguir un nivel de concentración
1:4 [42] respectivamente, y así poder ejemplificar un nivel de conductividad eléctrica
mayor para la región tumoral, y así aumentar la excitación iónica debida al flujo de
electrones y por lo tanto diferenciar la región sana de la tumoral.
32
Figura 21 . Inserción de los fantomas de Agar respecto al borde axial medio
Las concentraciones de NaCl nos permitirán emular propiedades eléctricas con valores
relativos y proporcionales a condiciones de tejido normal y tumoral respectivamente.
Figura 22. Fantomas de Agar con el cilindro insertado.
Inserción de
los
Cilindros
tumorales
33
7.2.3 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO
Finalmente obtuvimos los fantomas en tres condiciones:
a) Sin región tumoral; b) y c) Con región tumoral a 2 y 3 cm del borde axial medio
respectivamente (Figura 23),
Figura 23. Fantomas en las 3 condiciones.
Los fantomas fueron coaxialmente centrados y colocados uno a la vez en un sujetador de
bobinas ergonómicamente diseñado a la anatomía de la mama tal como se muestra en la
figura 15. Se tomo la medición del espectro en el rango ya mencionado, y se repitió tres
veces cada experimento para aumentar la estadística. Se realizó una comparación de
los valores promedio de corrimiento de fase inductivo medidos en fantomas con
emulación de región tumoral con respecto al fantoma libre de dicha región, la
comparación se realizó a cada frecuencia de campo magnético evaluado a través de una
prueba t-student para muestras independientes. Un análisis de varianza (ANOVA) de una
vía se empleó para comparar los espectros de corrimiento de fase inductivo medidos en
los tres fantomas evaluados. Los análisis estadísticos se realizaron en el programa
STATISTICA 7.0 y el valor de significancia considerado fue P<0.05.
34
Figura 24. Fantoma de mama coaxialmente centrado en sujetador ergonómico de bobinas conectado a Espectrómetro Inductivo Prototipo.
7.3 RESULTADOS DEL EXPERIMENTO
7.3.1 EXPERIMENTO 1 (ACOPLAMIENTO INDUCTIVO AL MEDIO)
La figura 16, nos muestra las pruebas preliminares del acoplamiento al medio inductivo en
una interfaz grafica. Los bosquejos gráficos nos permiten observar la magnitud y fase que
determinaran las diferencias de conductividad eléctrica de los elementos sometidos a la
espectroscopía. Se realizaron 2 pruebas preliminares para observar la efectividad del
dispositivo con 196 pasos en un rango de 0.001-100MHz, en la primera se sometió a
espectroscopía el dispositivo sin ningún tipo de solución para determinar las propiedades
eléctricas del aire como referencia (trazo blanco). En cambio, para la segunda prueba se
añadió a la bobina prototipo una muestra de 10ml con solución fisiológica (trazo rojo). Se
observaron para estas pruebas en particular, que a frecuencias bajas hay más variación
en las propiedades de conductividad eléctrica que a altas frecuencias. El desfasamiento
incrementó en un rango de 0.001-0.1Mhz para la prueba con solución fisiológica
aproximadamente respecto a la prueba 1. Para este experimento no se promediaron los
resultados ni se realizó un análisis profundo ya que solamente interesaba poder
diferenciar entre solución fisiológica y la bobina sin solución fisiológica.
Espectrómetro Inductivo Prototipo
Phantomde mama
Sujetador ergonómico de bobinas
35
Figura 16. Gráfico acoplamiento el medio V.S, solución fisiológica
7.3.2 EXPERIMENTO 2 (FANTOMAS DE AGAR)
La figura 17 nos muestra los espectros de corrimiento de fase inductivo promedio
medidos en los tres fantomas evaluados. Se observa claramente un incremento en los
desfasamientos inductivos medidos en los fantomas con emulación de carcinoma en el
ancho de banda de 0.001-0.03 MHz aproximadamente. Una prueba t-student para
muestras independientes evaluada en fantomas con emulación de región tumoral con
respecto al fantoma libre de dicha región mostro diferencias estadísticamente
significativas a frecuencias específicas en los anchos de banda 0.001-0.03MHz y 10-100
MHz (P<0.05), la Tabla 3 muestra las 20 frecuencias más significativas encontradas para
todos los casos. La prueba ANOVA de una vía no arrojó diferencias estadísticamente
significativas entre los espectros de los tres fantomas evaluados en todo el ancho de
banda.
36
Figura 25. Espectros de corrimiento de fase inductivo promedio de fantomas de mama en tres condiciones: Sin región tumoral y con región tumoral a 2 y 3 cm del borde axial medio.
-2
0
2
4
6
8
10
0.001 0.01 0.1 1 10 100
∆Ѳ (grados)
MHz
Sin Phantom Tumor
Phantom Tumor a 2cm
Phantom Tumor a 3cm
37
8 DISCUSIÓN
8.1 EXPERIMENTO 1 (ACOPLAMIENTO INDUCTIVO AL MEDIO)
Resulta necesario mencionar que, el propósito de este experimento fue el de reportar que
existen diferencias en la conductividad eléctrica entre dos materiales puestos a
Espectroscopía de Inducción magnética. El par de pruebas preliminares nos sirvieron para
constatar que efectivamente el sistema de espectroscopía por Inducción Magnética, está
arrojando desigualdades estadísticas entre los elementos o materiales expuestos a dicha
espectroscopía. Específicamente para este experimento observamos que el instrumento
resulto sensible en un rango de 0.001-0.1Mhz.
Dichas pruebas confirmaron, que hay diferencias de conductividad eléctrica entre una
muestra y otra, más adelante resultará importante identificar en que ancho de banda
presentan mayor diferencia los tejidos mamarios como referencia para identificar tejido
sano de tejido con carcinoma. En principio las observaciones, indican que tales
desigualdades están asociadas a propiedades dieléctricas de los materiales sometidos a
dicha espectroscopía [43], así como las diferentes densidades y propiedades de cada
elemento.
38
8.2 EXPERIMENTO 2 (FANTOMAS DE AGAR)
Los valores del corrimiento de fase inductivo medidos en los fantomas de mama con
emulación de región tumoral tienden a diferenciarse de los valores medidos en el fantoma
sin dicha región, particularmente a frecuencias inferiores a 0.03 MHz y superiores a
10MHz aproximadamente, en principio tal observación indica que el mesurado biofísico
medido se encuentra influenciado por propiedades dieléctricas en dos rangos de
dispersión diferentes [44], por lo que resulta pertinente proponer a la EIM como técnica no
invasiva para identificar volúmenes del orden de 1ml con conductividad eléctrica diferente
dentro de volúmenes relativamente homogéneos y característicos de mama. En la tabla x,
se pueden observar la comparación de la emulación de tejido sano (Inciso a) contra las
otras dos condiciones.
La tabla nos indica que hay diferencia estadísticamente significativa por encima de 10Mhz
hasta 100Mhz aunque visualmente no se alcanza a observar, por lo que podemos obtener
resultados analíticos que nos brinden precisión a cambio de renunciar a imágenes que
sean bonitas. Así garantizamos exactitud en los estudios, ya que no dependería de la
experiencia del radiólogo o el personal que maneje el equipo.
Aún se requieren estudios orientados a identificar los anchos de banda en los que EIM
resulte específicamente sensible a la detección de zonas con irregularidades en la
conductividad eléctrica dentro de un volumen relativamente homogéneo, y diferenciarlos
de los que reflejan fundamentalmente cambios estructurales asociados a la posición y
dimensión de dichas zonas. Se propone a la técnica de EIM como una alternativa de
monitoreo no invasivo, para identificar fundamentalmente, zonas con irregularidades de
conductividad eléctrica entre tejido normal y con cáncer.
39
Tabla 3. Prueba t-student, valores t y significancia estadística
Fantomas Comparados
Frecuencia
(MHz)
Valor
T
Grados libertad
P
a) vs b) 0.002285 -3.2210 4 0.032251
a) vs b) 0.006236 -2.9587 4 0.041609
a) vs b) 0.010000 -2.7799 4 0.049823
a) vs b) 11.937766 -6.5139 4 0.002867
a) vs b) 43.754794 -5.3651 4 0.005827
a) vs b) 46.415888 -
21.8886 4 0.000026
a) vs b) 49.238826 -
21.7839 4 0.000026
a) vs b) 66.147406 -8.6932 4 0.000964
a) vs b) 88.862382 -
14.6452 4 0.000126
a) vs b) 94.266846 -9.1354 4 0.000797
a) vs c) 0.002285 -4.9607 4 0.007702
a) vs c) 0.003665 -4.9649 4 0.007679
a) vs c) 0.003888 -6.3795 4 0.003097
a) vs c) 0.004125 -5.8831 4 0.004172
a) vs c) 0.013434 -4.8323 4 0.008447
a) vs c) 28.942661 -
16.6236 4 0.000077
a) vs c) 46.415888 -
15.9815 4 0.000090
a) vs c) 66.147406 -
12.3386 4 0.000248
a) vs c) 78.965229 -
18.1319 4 0.000054
a) vs c) 88.862382 - 4 0.000265
40
9 CONCLUSIONES
El prototipo de espectrómetro inductivo evaluado, permitió identificar diferencias de
bioimpedancia eléctrica en el experimento 1, dados entre la prueba 1 (exposición directa
al medio ambiente) y la prueba 2 (solución fisiológica).
La experimentación con fantomas de Agar permite generar características relativas a
tejido de mama, y el incrementar la concentración de NaCl permite diferenciar entre una
muestra y otra con características de bioimpedancia relativas, pero con diferente densidad
y excitación iónica.
El Espectrómetro Inductivo presenta factibilidad técnica para emplear a la Espectroscopía
de Inducción Magnética en la detección de cambios de conductividad eléctrica en
volúmenes de 1 ml característicos de neoplasias cancerígenas en estadios tempranos
dentro de un volumen con conductividad eléctrica homogénea y relativamente
proporcional al tejido de mama normal.
El prototipo puede emplearse como un equipo de pre- diagnóstico de cáncer de mama
que no emplea radiaciones ionizantes, es no invasivo, de bajo costo y dentro del primer
nivel de atención a la salud.
Se requieren de estudios adicionales y experimentación para poder identificar los
posibles problemas debidos a la dispersión y absorción de la señal electromagnética, así
como el ancho de banda al cual, los tejidos resultan específicamente sensibles a cambios
de conductividad eléctrica y a la posición de tales cambios.
41
10 RECOMENDACIONES PARA TRABAJO FUTURO
- Se requiere identificar los anchos de banda a los cuales resulta específicamente
sensible el sistema para la detección de neoplasias malignas en tejido de mama.
- Identificar la posición anatómica de las neoplasias en estadios tempranos.
- Realizar pruebas en animales (Ratas) para observar el comportamiento de las
tumoraciones en el Espectrómetro Inductivo y posteriormente caracterizarlo en pruebas a
pacientes con Cáncer y sin cáncer para tener un mejor análisis del sistema.
- Caracterizar el instrumento para poder diferenciar entre tumores malignos y
enfermedades benignas propias de la mama.
- Validar los resultados de la caracterización y compararlos con tecnologías
convencionales para asegurar que puede emplearse como una tecnología emergente y
competitiva con el mercado existente.
42
11 RECONOCIMIENTOS
Este trabajo fue financiado a través del “Programa de Capacitación y
Sensibilización para Efectivos en Perspectiva de Género” dependiente de la
Secretaría de la Defensa Nacional-México, y está basado en el material que sustenta la
solicitud de Patente “González CA, Sistema de Detección Volumétrica de Neoplasias
Cancerígenas a través de Espectroscopia de Inducción Magnética y Nanopartículas
Bioconjugadas. (I.M.P.I. solicitud: MX/E/2007/074511). Noviembre 2007” y “SEDENA-
EMGS. Sistema Inductor-Sensor para Detección de Cáncer en Glándula Mamaria a través
de Campos Magnéticos (I.M.P.I. solicitud: Julio 2011)”.
43
12 REFERENCIAS
[1] Felicia Marie Knaul, PhD, Gustavo Nigenda, PhD, Rafael Lozano, MD, M en C, Héctor Arreola-
Ornelas, M en C, Ana Langer, MD, Julio Frenk, PhD, “Cáncer de mama en México:una
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[4] American Cancer Society. Breast Cancer Facts & Figures 2007-2008. Atlanta: American
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[10] Fuente: SSA/SINAIS. Base de datos de defunciones 2008 Información final , visita 6/09/11
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[11] Fuente: SSA/SINAIS. Base de datos de defunciones 2008 Información final , visita 30/08/11
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[41] Grimnes S and Martinsen O. G. Bioimpedance and Bioelectricity (Chapter 4). 2000. Ed.
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consulta: 15 /10 /11
[16] http://www.larioja.com/v/20110215/cultura/ecografia-mama-para-cuando-20110215.html
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[17] http://www.saludalia.com/docs/Salud/web_saludalia/tu_salud/doc/mujer/doc/doc_cancer_ma-
ma.html Fecha de consulta:15 /10 /11
[18] http://www.elmundo.es/elmundosalud/especiales/cancer/mama8.html, Fecha de consulta:24
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[19] http://es.wikipedia.org/wiki/Tomograf%C3%ADa_axial_computarizada, Fecha de consulta:24
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/11
[21] http://www.radiologyinfo.org/sp/info.cfm?pg=breastmr Fecha de consulta:9 /1 /11
[22] http://www.yalemedicalgroup.org/stw/Page.asp?PageID=STW029213 Fecha de consulta: 9 /1
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[23] http://www.slideshare.net/cheo.torres/resonancia-magnetica-nuclear-rmn Fecha de consulta: 9
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www.unav.es/revistamedicina/52_1/pdf/2-tomografia.pdf Fecha de consulta: 9 /1 /11
[25] http://www.elsevier.es/sites/default/files/elsevier/pdf/36/36v77n05a13074319pdf001.pdf Fecha
de consulta: 9 /1 /11
[26] http://www.cetir.es/repositori/imatges/Ponencia.1.pdf Fecha de consulta: 20 /1 /11
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/1 /11
[28] http://www.na-pr.com/articles/48/1/La-Termografia-de-Mama-puede-reemplazar-las-
Mamografias/Page1.html, Fecha de consulta: 20 /1 /11
[29] http://www.saludblog.net/la-termografia-de-mama-como-se-detecta-el-cancer-de-mama/,
Fecha de consulta:15 /10 /11
[30] http://web.usal.es/~lcal/termografia_documento.pdf, Fecha de consulta:15 /10 /11
46
13 ANEXOS (PUBLICACIONES)
Diseño de un sistema de Espectroscopia por Inducción Magnética con
aplicaciones a la detección oportuna de Cáncer de Mama
Andrés C. Martínez-Ramírez3, Rita Q. Fuentes-Aguilar3 y César A. González-Díaz1, 2*
1Laboratorio Multidisciplinario de Investigación - E.M.G.S. – Universidad del Ejército y Fuerza Aérea.
SE.DE.NA. 2Escuela Superior de Medicina – Sección de Investigación y Postgrado – Instituto Politécnico Nacional.
3Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología- Instituto Politécnico Nacional
*Correspondencia: [email protected]
Resumen – El cáncer de mama representa un riesgo
potencial a la salud mundial, pues a partir de 2006 se convirtió
en la principal causa de muerte por cáncer. Existen muchas
limitantes para el tratamiento de dicha patología, sobre todo en lugares donde no se cuentan con sistemas de imagenología
moderna y por el poco tamizaje encaminado a promover su
detección temprana. Por ello, nuestro equipo ha propuesto por
medio de la Espectroscopía por Inducción Magnética, una tecnología alternativa no invasiva, portátil y de bajo costo para
contribuir a la disminución de los altos índices de mortandad
por carcinoma mamario. El objetivo del presente trabajo fue
diseñar un sistema completo de Espectrometría por inducción magnética (EIM), con dimensiones adecuadas a un equipo
médico portátil y susceptible de emplearse en el pre-diagnostico
oportuno de la enfermedad. La descripción de la técnica en
general consiste en inducir una corriente eléctrica por medio de campos magnético oscilantes, sobre el objeto de investigación
en un espectro de frecuencias pre-programadas. Para así,
determinar las propiedades de conductividad eléctrica en una
muestra de solución fisiológica. Los resultados indicaron viabilidad técnica por medio de EIM, para medir las
propiedades bioeléctricas de los diferentes materiales.
Palabras clave – Cáncer de mama, Espectroscopía, Inducción Magnética.
I. INTRODUCCIÓN
Actualmente el cáncer de mama (CaMa) representa un
riesgo a la salud a nivel mundial y para las mujeres
mexicanas, pues a partir de 2006 se convirtió en la
principal causa de muerte por cáncer, superando ya al
cáncer cérvicouterino. La seguridad social en México cubre alrededor de 40 a 45% de la población total,
mientras que para el otro 55 a 60% se han desarrollado
programas gratuitos de atención a la salud como el
seguro popular, ambos incluyen tratamiento de CaMa. A
pesar de esto, los servicios escasean y las intervenciones
de detección temprana, en particular la mamografía son
muy limitadas, pues en 2007 sólo 22% de las mujeres de
40 a 69 años se sometió a una mamografía [1] y [2].
En México, uno de los principales temas al igual que en
otros países en desarrollo, es el mejoramiento y la
ampliación del tamizaje encaminado a promover la
detección temprana. Los datos disponibles sugieren que
sólo entre 5 y 10% de los casos en México se detecta en
las fases iniciales de la enfermedad (localizada en la
mama) en comparación con 50% en Estados Unidos [3] y
[4].
Existe mucha deficiencia para el tratamiento de dicha
enfermedad en lugares donde no se cuenta con sistemas
de imagenología moderna, pues hasta el momento no
existen equipos con tecnología portátil, no invasiva y de
bajo costo susceptible de emplearse para el pre-
diagnóstico temprano. Por lo que es necesario proponer
nuevas técnicas que resulten efectivas para su detección
oportuna y disminuir los altos índices de mortandad por
carcinoma mamario. Algunos investigadores de la
Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han empleado
el uso de Microondas, observando que los tumores
mamarios presentan propiedades dieléctricas muy
diferentes respecto a los tejidos sanos, por lo que se ha
visto que la utilización de esta técnica podría permitir un diagnóstico médico de mayor sensibilidad que las
técnicas usadas hoy en día, aunque a costa de renunciar a
la mayor resolución que ofrecen los rayos X, esto como
una de las nuevas alternativas emergentes para
diagnosticar CaMa y además, sin dañar los tejidos,
gracias a la menor intensidad y energía de este tipo de
radiación no ionizante [5]. Partiendo de la idea de
implementar nuevos conceptos, nuestro equipo ha
propuesto la utilización de la técnica de Espectroscopia
por Inducción Magnética (EIM), basada en ideas de
trabajos realizados por otros autores, en donde se ha
demostrado que ante la hiper-vascularización de
neoplasias malignas, se promueven diferencias de
Impedancia Eléctrica (IE) de acuerdo a cada tejido como
la de Herman P. Schwan [6], quien estudió las
propiedades eléctricas de los diferentes tejidos biológicos
y desarrolló técnicas para realizar las medidas Bioeléctricas en diferentes márgenes frecuenciales. Por
otra parte, Griffiths sugirió el empleo de mediciones
bioeléctricas a través de inducción magnética a una sola
frecuencia con bobinas no invasivas como una alternativa
valiosa para monitorear, sin contacto físico, el estado de
salud de órganos y tejidos [7] y [8].
Nuestra idea por lo tanto, consiste en inducir un campo
magnético que se generará a partir de una bobina de
excitación hacia el objeto de investigación, provocando
47
una perturbación debido a la inducción de corrientes
magnéticas en un espectro de frecuencias de 1kHz-
100MHz. Dicha perturbación será medida a través de una
segunda bobina sensor para su análisis en una interfaz
grafica y así, evaluar las diferencias de bioimpedancia
eléctrica existentes en los diferentes tejidos sometidos a
esta inducción. Finalmente se pretende observar el
comportamiento dependiente de la frecuencia debido a la
respuesta de los diferentes componentes (medio
extracelular, membrana y medio intracelular)
primeramente en muestras experimentales con solución
fisiológica, para posteriormente someterlo a muestras de
tejidos con CaMa, muestras de una combinación de CaMa y tejido sano, y muestras de tejido sano en el
espectro de frecuencias ya determinado.
El objetivo de este trabajo es diseñar un sistema
completo de Espectrometría por inducción magnética [9],
de baja intensidad y frecuencias no ionizantes a pasos
programables. Todo en un rango de frecuencias ya
definido, con una bobina sensor adaptada
ergonómicamente a la anatomía de la mama, y con
dimensiones adecuadas de un equipo médico portátil,
para aplicaciones en pre-diagnostico de CaMa.
II. METODOLOGÍA
A. Fundamentación Física
Cuando la energía (campo electromagnético) utilizada para medir la bioimpedancia en un material, es aplicado a
distintas frecuencias y se observa un comportamiento
particular para cada una de ellas se dice que se realiza
una Espectroscopía por Inducción Magnética (EIM), esto
comprende la aplicación de una corriente eléctrica y el
registro de los cambios en magnitud y fase cuando dicha
corriente atraviese el material en cuestión. Dichos
cambios en los niveles de conductividad eléctrica difiere
entre un material y otro, según la ley de inducción
magnética de Faraday [10] donde dice que la inducción
de corrientes eléctricas a través de campos magnéticos,
genera un flujo de corrientes eléctricas directamente
proporcional al potencial eléctrico inducido y a la
conductividad eléctrica del propio material, por lo que se
observa un aumento en la conductividad eléctrica para un
tejido tumoral respecto a un tejido normal.
B. Diseño Espectrómetro Inductivo
El diseño del prototipo de espectrómetro inductivo se
desarrollo en el Laboratorio de Bioingeniería de la
Escuela Militar de Graduados de Sanidad, dependiente de
la Universidad del Ejército y Fuerza Aérea Mexicanos.
La idea principal es implementar una tecnología útil y
con dimensiones adecuadas para un equipo médico
portátil. Dicho sistema está integrado por 8 elementos
principales: Microcontrolador (MC), Sintetizador digital,
amplificador, Sensores (Par de bobinas), detector de fase
y ganancia, convertidor A/D, interfaz LCD (por sus
siglas en ingles “pantalla de cristal liquido”), y una
unidad de almacenamiento y procesamiento grafico
digital (PC) (ver figura 1).
Figura 1. Diagrama a bloques de funcionamiento del
espectrómetro inductivo.
El MC se encarga de dar las instrucciones: Frecuencia
Inicial (Fi), Frecuencia final (Fn), Numero de pasos y
escala de grafico (Logarítmica o lineal) al sintetizador
digital, y este último genera una corriente alterna de múltiples frecuencias a pasos pre-programados que se
induce en el transceptor, el cual consta de una bobina
generadora de campo magnético (L1) y una bobina
detectora de dicho campo y sus perturbaciones (L2).
La bobina L1 genera un campo magnético repartido por
medio de líneas de flujo, las cuales son detectadas por la
bobina L2, y esto a su vez induce una corriente eléctrica
sobre el conductor, cuya señal es amplificada y
descompuesta en su parte real e imaginaria para obtener
posteriormente la magnitud y fase del voltaje. Donde la
parte real se asocia con cambios de permeabilidad y
permitividad, mientras que la parte imaginaria refleja
cambios en la conductividad del tejido.
El detector de fase y ganancia a su vez, estima el
corrimiento de fase inductivo entre la bobina L1 y L2.
L1 L2
48
Tal desfasamiento refleja las propiedades eléctricas del
tejido en estudio. Los niveles de voltaje recogidos son
valores analógicos, los cuales requieren ser convertidos a
valores digitales para el procesamiento de la señal. Por
último, el convertidor A/D envía simultáneamente la
información digitalizada a los puertos digitales del MC
para que muestre los detalles de cada uno de los procesos
en la interfaz LCD, así como a la unidad de
almacenamiento digital para su posterior análisis.
C. Interfaz grafica
Se desarrolló una interfaz grafica con ayuda de LabView®, donde se incluyeron ciertos parámetros
ajustables (Fi, Fn, No. Pasos y escala logarítmica o
lineal) para el diseño de la misma. Estos elementos
fueron incluidos en la ventana principal para que
pudieran ser modificados en todo momento por el
usuario. Además, la interfaz cuenta con dos ventanas
graficas, una para la magnitud y otra para la fase. En
nuestro sistema, el modo de operación para realizar una
espectroscopía, comienza cuando el dispositivo inicializa
un barrido de frecuencias pre-programado, tomando en
cuenta los parámetros ajustables antes mencionados. Los
datos obtenidos los almacena en forma de vector, para
posteriormente graficar la magnitud de la señal y el
desfasamiento de la misma, en las ventanas de la interfaz.
En todo momento el espectrómetro prototipo así como la
interfaz grafica, muestran mensajes de estado del
proceso, como indicadores de status para el usuario.
Figura 2. Prototipo de Espectrómetro Inductivo con
bobina sensor ergonómicamente adaptada a muestra con
10ml de solución fisiológica.
D. Diseño experimental
Se integraron todos los elementos del dispositivo: MC,
Sintetizador digital, amplificador, transceptor, detector de
fase y ganancia, convertidor A/D, en una tarjeta PCB
(circuito impreso), distribuidos de tal forma que se
minimizara el espacio utilizado. Al gabinete prototipo se
le coloco la pantalla LCD que servirá como interfaz entre
usuario-maquina, un conector DVI para la
intercomunicación con la bobina sensor y un LED
indicador de encendido. Dicho gabinete fue realizado de
metal con su correcta etapa de aislamiento y distribución
de tierras físicas, las carcasas anterior y posterior fueron
diseñadas de acrílico 3mm, y enviadas a manufacturar
con el fin de procurar un prototipo estético. Al
dispositivo se le adaptó una bobina prototipo para
realizar pruebas preliminares con muestras de solución fisiológica. (Figura 2).
III. RESULTADOS
La figura 3, nos muestra el diseño de la interfaz grafica
desarrollada en LabView® con los bosquejos gráficos de
magnitud y fase que determinaran las diferencias de
conductividad eléctrica de los elementos sometidos a la
espectroscopía. Se realizaron 2 pruebas preliminares para
observar la efectividad del dispositivo con 96 pasos en un
rango de 0.001-100MHz, en la primera se sometió a
espectroscopía el dispositivo sin ningún tipo de solución
para determinar las propiedades eléctricas del aire como
referencia (trazo blanco). En cambio, para la segunda
prueba se añadió a la bobina prototipo una muestra de
10ml con solución fisiológica (trazo rojo). Se observaron
para estas pruebas en particular, que a frecuencias bajas
hay más variación en las propiedades de conductividad eléctrica que a altas frecuencias. El desfasamiento
incrementó en un rango de 0.001-0.1Mhz para la prueba
con solución fisiológica aproximadamente respecto a la
prueba 1.
Figura 3. Graficas de Magnitud y Fase de las pruebas
sometidas al espectrómetro inductivo, al aire libre (trazo blanco) y con solución fisiológica (trazo rojo).
Espectrómetro
Inductivo
Prototipo Bobina Sensor
49
IV. DISCUSIÓN.
Primeramente hay que mencionar que, el propósito de
este artículo fue el de reportar el diseño del
espectrómetro inductivo mencionando así, las partes que
lo conforman y la forma de operación de cada uno de los
elementos involucrados en dicho sistema.
Adicionalmente se realizaron un par de pruebas
preliminares para constatar que efectivamente el sistema,
está arrojando desigualdades estadísticas entre los
elementos o materiales expuestos a dicha espectroscopía.
Las pruebas preliminares realizadas, nos arrojaron
diferencias de conductividad eléctrica entre una muestra
y otra. Las disimilitudes de desfasamiento tienden a ser
más notorias en frecuencias inferiores a 1MHz
específicamente para estas pruebas, más adelante
resultará importante identificar en que ancho de banda
presentan mayor diferencia los tejidos mamarios como
referencia para identificar tejido sano de tejido con
carcinoma. En principio las observaciones, indican que
tales desigualdades están asociadas a propiedades
dieléctricas de los materiales sometidos a dicha
espectroscopía [11], así como las diferentes densidades y
propiedades de cada elemento. Aún se requieren
identificar los niveles de conductividad eléctrica entre
diferentes volúmenes relativamente homogéneos a una
mama, por lo que en estudios posteriores se realizaran
pruebas de identificación de dichos parámetros por
medio de un sensor adaptado ergonómicamente a las dimensiones de una mama normal.
Se propone a la técnica de EIM como una alternativa de
monitoreo no invasivo, para identificar
fundamentalmente, zonas con irregularidades de
conductividad eléctrica entre tejido normal y con cáncer.
V. CONCLUSIONES
Se consiguió realizar un primer prototipo funcional, con
características de equipo médico portátil, asistido por una
interfaz grafica que facilita el empleo del sistema para la
realización de una espectroscopía.
El prototipo de espectrómetro inductivo diseñado,
permitió identificar diferencias de bioimpedancia
eléctrica entre la prueba 1 (exposición directa al medio
ambiente) y la prueba 2 (solución fisiológica). Dichas disimilitudes podrían con un análisis más profundo sobre
muestras de tejido, ayudar a identificar las propiedades
de conductividad eléctrica entre tejido sano y tejido con
carcinoma. Este dispositivo prototipo podría
implementarse como una tecnología alternativa y portátil
en el pre-diagnostico de CaMa. Se requieren de estudios
adicionales y experimentación para poder identificar los
posibles problemas debidos a la dispersión y absorción
de la señal electromagnética, así como el ancho de banda
al cual, los tejidos presentan mayor diferencia de
conductividad eléctrica y permitir la detección oportuna
de esta patología.
RECONOCIMIENTOS
Este trabajo fue financiado a través del “Programa
de Capacitación y Sensibilización para Efectivos en Perspectiva de Género” dependiente de la Secretaría de
la Defensa Nacional-México, y está basado en el material que sustenta la solicitud de Patente “González CA,
Sistema de Detección Volumétrica de Neoplasias
Cancerígenas a través de Espectroscopia de Inducción
Magnética y Nanopartículas Bioconjugadas. (I.M.P.I.
solicitud: MX/E/2007/074511). Noviembre 2007” y
“SEDENA-EMGS. Sistema Inductor-Sensor para
Detección de Cáncer en Glándula Mamaria a través de
Campos Magnéticos (I.M.P.I. solicitud: Julio 2011)”.
REFERENCIAS
[1] Felicia Marie Knaul, PhD, Gustavo Nigenda, PhD, Rafael Lozano,
MD, M en C, Héctor Arreola-Ornelas, M en C, Ana Langer, MD,
Julio Frenk, PhD, “Cáncer de mama en México:una prioridad
apremiante” salud pública de méxico / vol. 51, suplemento 2 de 2009, publicado en Reproductive Health Matters 2008;16(32).
[2] Norma Oficial Mexicana NOM-041-SSA2-2002, Para la
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epidemiológica del cáncer de mama.
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[12] Bong Seok Kim et al. A method for analyzing electrical
impedance spectroscopy data from breast cancer patients. 2007
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I
Evaluación de un Espectrómetro Inductivo Prototipo a través de Fantomas de
Agar que Emulan Condiciones Relativas de Cáncer de Mama
Andrés C. Martínez-Ramírez3, Jesús G. Silva-Escobedo1,2, Rita Q. Fuentes-Aguilar3 y César A.
González-Díaz1, 2
1Laboratorio Multidisciplinario de Investigación - E.M.G.S. – Universidad del Ejército y Fuerza Aérea. SE.DE.NA.
2Escuela Superior de Medicina – Sección de Investigación y Postgrado – Instituto Politécnico Nacional.
3Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología – Instituto Politécnico Nacional.
*Correspondencia: [email protected]
Resumen – El cáncer de mama (CaMa) es la neoplasia maligna de mayor frecuencia y la principal causa de muerte por cáncer
en las mujeres en el mundo. Las limitaciones actuales en el
tratamiento del cáncer están asociadas al diagnóstico tardío de
la enfermedad. Actualmente no existe una tecnología portátil, no invasiva y de bajo costo, susceptible de emplearse como
herramienta de pre-diagnóstico temprano. Hemos propuesto la
técnica de Espectroscopia de Inducción Magnética (EIM) como
una alternativa valiosa para monitorear, sin contacto físico, neoplasias en tejido de mama. El objetivo del presente
trabajo fue evaluar un Espectrómetro Inductivo prototipo y
explorar la factibilidad de utilizar EIM para detectar cambios de
conductividad eléctrica en volúmenes característicos de neoplasias cancerígenas en estadios tempranos (1ml) dentro de
un gel (fantoma) con volumen y conductividad eléctrica
proporcional y relativa a tejido de mama. La descripción de la
técnica general se describe, así como los resultados de la aplicación de la inducción magnética a tres condiciones de
fantomas que emulan la anatomía de una mama libre de cáncer,
y con 2 casos diferentes de mama con región tumoral. Los
resultados indican factibilidad técnica de la EIM para medir el cambio en la conductividad eléctrica de tejido cancerígeno
como una alternativa para contrarrestar las limitaciones actuales
en la detección oportuna del cáncer de mama.
Palabras clave –Cáncer de mama, Espectrómetro
Inductivo, Fantomas de Agar
VI. INTRODUCCIÓN
El CaMa es la neoplasia maligna de mayor
frecuencia y la principal causa de muerte por cáncer en
las mujeres en el mundo. De casi 6 millones de tumores
malignos que ocurren en las mujeres, el más común es el
CaMa con aproximadamente el 21% de casos [1]. En
México, en el 2006 el CaMa pasó a ser la primera causa
de muerte por cáncer en mujeres mexicanas con 4,451
defunciones y la segunda causa de muerte por todas las
enfermedades en mujeres entre los 30 y 60 años [2], [3] y
[4].
Las limitaciones actuales en el tratamiento del
cáncer están asociadas al diagnóstico tardío de la
enfermedad, así como a la imposibilidad de monitorear
continuamente la respuesta terapéutica, pues aún con los
sistemas actuales de imagenología, la escasa o nula
disponibilidad de los mismos en el primer nivel de atención de la salud no permite que las mujeres con
potenciales riesgos de desarrollar cáncer de mama sean
candidatas a realizarse estudios de tamizaje en etapas
tempranas de la enfermedad. Actualmente no existe una
tecnología portátil, no invasiva y de bajo costo,
susceptible de emplearse como herramienta de pre
diagnóstico temprano y alarma oportuna en lugares
remotos que no cuentan con sistemas de imagenología
moderna.
Para contrarrestar las limitaciones mencionadas
antes es que se ha propuesto la técnica de Espectroscopía
de Inducción basada en el principio de que ante la hiper-
vascularización de neoplasias malignas se promueven
cambios en la Impedancia Eléctrica (IE) del tejido. Esto
ha sugerido el uso de mediciones de bioimpedancia para
la detección de cáncer en diferentes órganos y tejidos. Scharfetter y colaboradores han considerado a la
Espectroscopia de Impedancia Eléctrica (EIE) como una
posibilidad para producir información relativa a
condiciones anormales en tejidos [5]. Algunos
investigadores como Newell y Holder han propuesto a la
Tomografía de Impedancia Eléctrica (TIE) como otro
importante método para evaluar y monitorear neoplasias
en diferentes órganos y tejidos [6] y [7]. TIE utiliza un
arreglo de electrodos para inyectar corrientes
subsensoriales y medir los voltajes resultantes. Los datos
son usados para reconstruir un mapa de la impedancia
eléctrica del tejido, la desventaja principal radica en que
las mediciones dependen de un adecuado acoplamiento
galvánico electrodo-piel y éste se ve frecuentemente
afectado por la sudoración o nivel de hidratación de la
piel.
Griffiths propuso el empleo de mediciones
bioeléctricas a través de inducción magnética a una sola
frecuencia con bobinas no invasivas como una alternativa
valiosa para monitorear, sin contacto físico, el estado de
salud de órganos y tejidos [8] y [9]. Otros autores como
Al-Zeiback y Korzhenevskii han coincidido en proponer
II
mediciones sin contacto para el desarrollo de técnicas
alternativas de imagenología eléctrica por Tomografía de
Inducción Magnética (TIM) [10], [11] y [12].
La sensibilidad de la TIE y la TIM es una
función de las propiedades eléctricas del órgano o tejido
en estudio (fundamentalmente de la conductividad
eléctrica) y su principal aplicación se ha orientado en la
detección de edema (acumulación de fluidos). La
aplicación de mediciones de bioimpedancia en la
detección de tumores malignos posee viabilidad técnica
debido a que la conductividad eléctrica de tejido
cancerígeno es diferenciable con respecto a tejido normal, por ejemplo; en un estudio reportado por
Burdette [13], el tejido de mama humano tumoral
presenta un incremento en la conductividad eléctrica de 4
a 8 mScm-1
respecto a un tejido normal.
Nuestro grupo ha propuesto mediciones
bioeléctricas a través de inducción magnética a múltiples
frecuencias como una alternativa valiosa para monitorear,
sin contacto físico, neoplasias en tejido de mama. Hemos
desarrollado un primer prototipo inductor-sensor de
campos magnéticos de baja intensidad y de frecuencias
no ionizantes, adaptado ergonómicamente a la anatomía
de la mama, el sistema utiliza la técnica de EIM, la EIM
mide las propiedades eléctricas del tejido a través de
campos magnéticos a múltiples frecuencias.
El objetivo del presente trabajo fue evaluar un
Espectrómetro Inductivo prototipo [14] y explorar la factibilidad de utilizar EIM para detectar cambios de
conductividad eléctrica en volúmenes característicos de
neoplasias cancerígenas en estadios tempranos (1ml)
dentro de un fantoma con volumen y conductividad
eléctrica proporcional y relativa a tejido de mama
normal.
VII. METODOLOGÍA
A. Fundamento Biofísico
La inducción de corrientes en materiales
conductivos a través de campos magnéticos oscilantes se
explica a partir de la ley de inducción de Faraday, la cual
sostiene que un campo magnético variable induce un
potencial eléctrico en un medio conductivo. Dicho
potencial induce a su vez un flujo de corrientes eléctricas
(corrientes Inducidas) en el material conductor directamente proporcional al potencial eléctrico inducido
y a la conductividad eléctrica del material, por lo que a
mayor conductividad del material, mayor será la energía
que el material deberá absorber.
B. Corrimiento de fase inductivo
Hemos considerado como caso de estudio un
volumen de mama colocado entre una bobina inductor y
una bobina sensor (ver figura 1). Una corriente de cierta
frecuencia, fluye en la bobina inductor e induce un
campo magnético primario en la bobina sensor. La fase
del campo magnético está ligada a la propia fase del
voltaje de referencia ( ) en la bobina inductor. El
volumen del tejido es considerado no magnético con
propiedades conductivas. De acuerdo con Griffiths y
colegas, la corriente inducida en el volumen del tejido en
estudio causa una perturbación del campo magnético
primario . El campo magnético total + detectado en la bobina sensor está desfasado con respecto al campo
magnético primario por un ángulo [8]. Así; el cambio
total en el corrimiento de fase () entre los voltajes de
referencia ( ) e inducido ( ) en la bobina inductor
y sensor respectivamente se puede calcular por la
expresión:
(1)
La presencia de una masa con mayor conductividad que
emula una región tumoral dentro del volumen de estudio
modifican las propiedades eléctricas volumétricas de tal
forma que su conductividad eléctrica compuesta total se
incrementa [15] y [16]. Dicho incremento conductivo
promueve que la influencia de un campo magnético se refleje como una inducción selectiva de corrientes en la
región tumoral, lo cual a su vez provoca una mayor
perturbación del campo magnético primario y
consecuente incremento del corrimiento de fase inductivo
que se detecta a través de un Espectrómetro Inductivo
Prototipo.
C. Espectrómetro Inductivo Prototipo
Se diseñó y construyó un espectrómetro
inductivo prototipo en el Laboratorio de Bioingeniería de
la Escuela Militar de Graduados de Sanidad, dependiente
de la Universidad del Ejército y Fuerza Aérea
Mexicanos. El sistema se compone de cinco módulos:
Sintetizador digital, Transceptor, Detector de magnitud y
fase, Convertidor A/D, Control y almacenamiento digital
(ver figura 1). El sintetizador digital genera una corriente
alterna de múltiples frecuencias a pasos pre-programados. El transceptor consta de una primera
bobina generadora de campo magnético y una segunda
bobina detectora de dicho campo. El detector de ganancia
y fase estima el corrimiento de fase inductivo entre la
bobina generadora y detectora de campo magnético, tal
desfasamiento refleja las propiedades eléctricas del
volumen en estudio colocado entre ambas bobinas. El
convertidor A/D digitaliza la información proporcionada
por el modulo detector de magnitud y fase. El sistema
)()( refind VV
III
utiliza un microcontrolador interno y una PC externa
como elementos de control-sincronización y
almacenamiento digital respectivamente.
Fig. 1. Diagrama a bloques de Espectrómetro Inductivo
prototipo
D. Fantomas de Mama
Tres geles que emulan la anatomía de una mama
fueron diseñados y elaborados con Solución Fisiológica
(C.S. PISA calve 3608), Agar (Invitrogen Cat No. 30391)
y Sucrosa (Gibco BRL Cat. No. 5503UA) siguiendo la
técnica descrita previamente en [16], en breve; una
solución de NaCl al 0.9%, Agar 5% y Sucoroza 3% fue
homogenizada a 90oC, un volumen de 275ml de dicha
solución fue vertida en un molde de PVC con el volumen
y figura anatómica de una mama copa 34-B. Fantomas
cilíndricos adicionales que emulan regiones tumorales de
1ml de volumen fueron elaborados con NaCl 3% (J.T.
Baker, Cat. No. 3624-01) Agar 5% y Sucroza 3%, tales
cilindros fueron insertados en la parte posterior del
fantoma de mama a una distancia de 2 y 3cms con
respecto al borde axial medio de la mama (figura 2), un
fantoma de mama permaneció sin fantoma cilíndrico
adicional, por lo que se generaron fantomas de mama que
emulan tres condiciones diferentes: a) Sin región
tumoral; b) y c) Con región tumoral a 2 y 3cm del borde
axial medio respectivamente. Las concentraciones de
NaCl al 0.9 y 3% fueron seleccionadas a fin de generar
diferencias de conductividad eléctrica en una razón
aproximada 1:4 [17], lo cual nos permitiría emular
propiedades eléctricas con valores relativos y proporcionales a condiciones de tejido normal y tumoral
respectivamente, y no así generar propiedades eléctricas
con valores dieléctricos específicos a tales condiciones.
Fig. 2. Fantomas de mama que emulan tres condiciones: a) Sin región tumoral; b) y c) Con región tumoral a 2cm y 3 cm del
borde axial medio respectivamente.
E. Diseño Experimental
Fantomas en tres condiciones: a) Sin región
tumoral; b) y c) Con región tumoral a 2 y 3 cm del borde
axial medio respectivamente, fueron coaxialmente centrados y colocados uno a la vez en un sujetador de
bobinas ergonómicamente diseñado a la anatomía de la
mama tal como se muestra en la figura 3. Espectros de
corrimiento de fase inductivo fueron medidos a 196
frecuencias logarítmicamente espaciadas en el ancho de
banda de 0.001-100MHz. El experimento se repitió por
triplicado. Se realizó una comparación de los valores
promedio de corrimiento de fase inductivo medidos en
fantomas con emulación de región tumoral con respecto
al fantoma libre de dicha región, la comparación se
realizó a cada frecuencia de campo magnético evaluado a
través de una prueba t-student para muestras
independientes. Un análisis de varianza (ANOVA) de
una vía se empleó para comparar los espectros de
corrimiento de fase inductivo medidos en los tres
fantomas evaluados. Los análisis estadísticos se
realizaron en el programa STATISTICA 7.0 y el valor de significancia considerado fue P<0.05.
Fig. 3. Fantoma de mama coaxialmente centrado en sujetador
ergonómico de bobinas conectado a Espectrómetro Inductivo Prototipo.
a) b) c)
2 cm 3 cm
Emulación de región
tumoral
Espectrómetro Inductivo Prototipo
Phantomde mama
Sujetador ergonómico de bobinas
Fantoma
de mama
IV
VIII. RESULTADOS
La figura 4 muestra los espectros de corrimiento
de fase inductivo promedio medidos en los tres fantomas
evaluados. Un incremento en los desfasamientos
inductivos medidos en fantomas con emulación de
carcinoma es evidente en el ancho de banda de 0.001-
0.03 MHz aproximadamente. Una prueba t-student para
muestras independientes evaluada en fantomas con
emulación de región tumoral con respecto al fantoma
libre de dicha región mostro diferencias estadísticamente
significativas a frecuencias específicas en los anchos de
banda 0.001-0.03MHz y 10-100 MHz (P<0.05), la Tabla
1 muestra las 20 frecuencias más significativas encontradas para todos los casos. Una prueba ANOVA
de una vía no arrojó diferencias estadísticamente
significativas entre los espectros de los tres fantomas
evaluados en todo el ancho de banda.
IX. DISCUSIÓN.
Los valores del corrimiento de fase inductivo
medidos en los fantomas de mama con emulación de
región tumoral tienden a diferenciarse de los valores
medidos en el fantoma sin dicha región, particularmente
a frecuencias inferiores a 0.03 MHz y superiores a
10MHz aproximadamente, en principio tal observación
indica que el mesurado biofísico medido se encuentra
influenciado por propiedades dieléctricas en dos rangos
de dispersión diferentes [15], por lo que resulta
pertinente proponer a la EIM como técnica no invasiva
para identificar volúmenes del orden de 1ml con
conductividad eléctrica diferente dentro de volúmenes relativamente homogéneos y característicos de mama.
Aún se requieren estudios orientados a identificar los
anchos de banda en los que EIM resulte específicamente
sensible a la detección de zonas con irregularidades en la
conductividad eléctrica dentro de un volumen
relativamente homogéneo, y diferenciarlos de los que
reflejan fundamentalmente cambios estructurales
asociados a la posición y dimensión de dichas zonas.
Fig. 4. Espectros de corrimiento de fase inductivo promedio de
fantomas de mama en tres condiciones: Sin región tumoral y
con región tumoral a 2 y 3 cm del borde axial medio.
Tabla 1. Prueba t-student, valores t y significancia
estadística Phantom
Comparados
Frecuencia
(MHz)
Valor
T
Grados
libertad P
a) vs b) 0.002285 -3.2210 4 0.032251
a) vs b) 0.006236 -2.9587 4 0.041609
a) vs b) 0.010000 -2.7799 4 0.049823
a) vs b) 11.937766 -6.5139 4 0.002867
a) vs b) 43.754794 -5.3651 4 0.005827 a) vs b) 46.415888 -21.8886 4 0.000026
a) vs b) 49.238826 -21.7839 4 0.000026
a) vs b) 66.147406 -8.6932 4 0.000964
a) vs b) 88.862382 -14.6452 4 0.000126
a) vs b) 94.266846 -9.1354 4 0.000797
a) vs c) 0.002285 -4.9607 4 0.007702
a) vs c) 0.003665 -4.9649 4 0.007679
a) vs c) 0.003888 -6.3795 4 0.003097
a) vs c) 0.004125 -5.8831 4 0.004172
a) vs c) 0.013434 -4.8323 4 0.008447
a) vs c) 28.942661 -16.6236 4 0.000077
a) vs c) 46.415888 -15.9815 4 0.000090
a) vs c) 66.147406 -12.3386 4 0.000248
a) vs c) 78.965229 -18.1319 4 0.000054
a) vs c) 88.862382 -12.1261 4 0.000265
X. CONCLUSIONES
El Espectrómetro Inductivo prototipo evaluado
presenta factibilidad técnica para emplear EIM en la
detección de cambios de conductividad eléctrica en
volúmenes de 1 ml característicos de neoplasias
cancerígenas en estadios tempranos dentro de un
volumen con conductividad eléctrica homogénea y
relativamente proporcional al tejido de mama normal. Se
requieren estudios adicionales que permitan diferenciar
anchos de banda específicamente sensibles a cambios de
conductividad eléctrica y a la posición de tales cambios.
RECONOCIMIENTOS
Este trabajo fue financiado a través del “Programa
de Capacitación y Sensibilización para Efectivos en Perspectiva de Género” dependiente de la Secretaría de
la Defensa Nacional-México, y está basado en el material
que sustenta la solicitud de Patente “González CA, Sistema de Detección Volumétrica de Neoplasias
Cancerígenas a través de Espectroscopia de Inducción
Magnética y Nanopartículas Bioconjugadas. (I.M.P.I.
solicitud: MX/E/2007/074511). Noviembre 2007” y
“SEDENA-EMGS. Sistema Inductor-Sensor para
Detección de Cáncer en Glándula Mamaria a través de
Campos Magnéticos (I.M.P.I. solicitud: Julio 2011)”.
-2
0
2
4
6
8
10
0.001 0.01 0.1 1 10 100
∆Ѳ
(grados)
MHz
Sin Phantom Tumor
Phantom Tumor a 2cm
Phantom Tumor a 3cm
Fantoma sin Tumor
Fantoma con Tumor a 2cm
Fantoma con Tumor a 3cm
V
REFERENCIAS [1] Felicia Marie Knaul, PhD, Gustavo Nigenda, PhD, Rafael Lozano,
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