Caracterización y diferenciación morfológica de tejido cerebral mediante tomografía de coherencia óptica (OCT)

Abstract

El principal objetivo de este Trabajo Fin de Grado es la validación de la Tomografía de Coherencia Óptica (OCT del inglés Optical Coherence Tomography) para la diferenciación de estructuras morfológicas y la caracterización de materia blanca y materia gris en cerebros de modelos animales. Además de la técnica, se estudiará la validación de métodos comúnmente aplicados sobre tejido cerebral animal para su posterior uso en humanos. Para el estudio deben conocerse las propiedades ´ópticas de propagación de la luz al interactuar con tejido biológico, así como los requisitos de propagación del modelo utilizado, Beer-Lambert, y la composición estructural del cerebro. Una vez conocidas las bases teóricas, es necesario familiarizarse con el sistema de medida OCT y el proceso de capturas de la intensidad de radiación procedente de las muestras. El posterior procesamiento de los datos incluye la evaluación de diferentes filtrados de imagen de ventana deslizante sobre las capturas obtenidas y filtrados de señal en unidimensionales previos al ajuste del modelo de interacción luz-materia. En este trabajo, se analiza la propagación y absorción de la luz en distintos tipos de tejido cerebral de cordero (materia blanca y gris), comparando los resultados en función del coeficiente de atenuación, resultante tras la aplicación de técnicas de ajuste, para establecer métricas y conclusiones sobre dicho parámetro y procedimiento. Se realiza también un análisis y revisión bibliográfica con artículos publicados, con materiales y métodos parecidos a los utilizados, para validar los resultados del método implementado sobre tejido cerebral humano y otros tipos de tejido cerebral animal. La conclusión principal de este trabajo es el aumento del coeficiente de atenuación en estructuras con alto contenido de materia blanca cuando se comparan con estructuras de materia gris, siendo capaces de establecer un umbral para su clasificación, diferenciación e identificación

The main objective of this bachelor’s thesis is the validation of Optical Coherence Tomography (OCT) for the differentiation of morphological structures and the characterization of white matter and gray matter in animal model brains. Besides the technique, the validation of methods commonly applied to animal brain tissue for their subsequent use in humans will also be studied. For this purpose, the optical propagation properties of light interacting with biological tissue must be analyzed, as well as the propagation requirements of the model used, Beer-Lambert, and the structural composition of the brain. Once the theoretical foundations are understood, it is necessary to become familiar with the OCT measurement system and the process of capturing the radiation intensity from the samples. The subsequent data processing includes evaluating different sliding window image filters on the obtained captures and one-dimensional signal filtering prior to fitting the light-matter interaction model. In this project, the propagation and absorption of light in different types of lamb brain tissue (gray and white matter) are analyzed, comparing the results based on the attenuation coefficient to establish metrics and conclusions about this parameter. Additionally, a bibliographic analysis and review was included with published articles that use similar materials and methods to validate the results of the implemented method on human brain tissue and other types of animal brain tissue. The main conclusion of this project is the increase in the attenuation coefficient in structures with high white matter content compared to gray matter structures, allowing for the establishment of a threshold for their classification, discriminization and identification