ES2632341T3 - Sistema de detección electromagnética y procedimiento de localización de tumores/calcificaciones en tejidos - Google Patents

Abstract

Un sistema de detección de anomalía de tejido (1000), que comprende: un dispositivo de antena de sonda (100) estructurado para radiar una señal de radiofrecuencia incidente de banda estrecha a una frecuencia inferior a 700 MHz para irradiar un tejido en condiciones de campo próximo para producir una señal de radiofrecuencia resultante; un oscilador de frecuencia variable (E-LS) que opera como una fuente de ondas electromagnéticas conectada a primero y segundo módulos de modulación (MOD1-MOD2) para proporcionar señales electromagnéticas; un módulo de control (4) configurado para controlar el oscilador de frecuencia variable (E-LS) que opera como fuente de ondas electromagnéticas; un dispositivo de recepción (200) estructurado para recibir la señal resultante y proporcionar datos recibidos correspondientes; un módulo de procesamiento (300) estructurado para procesar los datos recibidos para proporcionar una información que indica detección de una anomalía en dicho tejido; en el que: el dispositivo de antena de sonda tiene un intervalo de frecuencia de radiación fijo y está estructurado de manera que la señal resultante sea una señal difusa resultante de una combinación de la señal incidente y una señal de radiofrecuencia inducida producida por el tejido radiado; el dispositivo de antena de sonda (100) incluye al menos una primera antena de emisión (1) conectada al primer módulo de modulación (MOD1) y estructurada para radiar primeras ondas electromagnéticas que tienen una primera polarización lineal y al menos una segunda antena de emisión (2) conectada al segundo módulo de modulación (MOD2) y estructurada para radiar segundas ondas electromagnéticas que tienen una segunda polarización lineal ortogonal a la primera polarización; el dispositivo de recepción (200) incluye al menos una unidad de antenas de recepción que incluye dos antenas de recepción (RH1-RV1) orientadas para recibir ondas electromagnéticas según la polarización lineal ortogonal y al menos un módulo de demodulación (DEM11) ; el módulo de procesamiento (300) está estructurado para analizar a partir de los datos resultantes una difusión de potencia de campo eléctrico frente al patrón de frecuencia y detectar dicha anomalía asociada a nulos o mínimos en dicho patrón.

Description

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DESCRIPCION

Sistema de deteccion electromagnetica y procedimiento de localizacion de tumores/calcificaciones en tejidos Campo tecnico

La presente invencion se refiere a sistemas de deteccion electromagnetica para la deteccion de anomalfas (por ejemplo tumores y calcificaciones) en tejido vivo, y en particular a la deteccion precoz de cancer de mama, colorrectal y prostatico.

Antecedentes de la invencion

Durante las ultimas decadas, el diagnostico precoz ha contribuido a reducir la tasa de incidencia de muertes causadas por tumores. Sin embargo, el cancer todavfa sigue siendo un problema de salud publica importante en el mundo ya que aproximadamente el 25 % de las muertes son debidas al cancer, y mas del 50 % para cada sexo son debidas a cancer de prostata/mama, pulmon y colorrectal (vease el documento [1]). Los avances en el diagnostico precoz y la terapia son las dos areas complementarias importantes para reducir la incidencia de muertes.

Las herramientas de diagnostico tienen diferentes eficacias dependiendo del tipo y la localizacion de los tumores, y los profesionales clmicos optimizan su uso sinergico para minimizar el diagnostico falso combinando su eficacia. En los diagnosticos, los negativos falsos inducen a retardar los tratamientos que son mas eficaces en la etapa temprana, mientras que el positivo falso produce molestia innecesaria al paciente con costes redundantes para el sistema sanitario. Por tanto, cualquier investigacion en los nuevos dispositivos de diagnostico tiene que mejorar el procedimiento de diagnostico global evaluado con la metrica de estadfstica de datos clmicos. Metodos de diagnostico precoces para el cribado masivo necesitan cumplir algunos requisitos basicos para cada analisis tales como fiabilidad, complejidad y costes de equipo, simplicidad de uso, y tiempo para cada prueba de diagnostico.

El tumor es una masa anormal de tejidos rodeados por tejido del cuerpo normal que no tiene funcion util y crece a costa del tejido sano. La diseminacion de las celulas malignas induce metastasis distantes letales con una probabilidad que depende del tamano del tumor primario (vease el documento [6]). Generalmente, los tumores tienen contenido mas alto de agua que las celulas circundantes normales debido a necrosis celular, vascularizacion elevada e irregular, y alguna alteracion de nutrientes (vease el documento [5]).

Como muchos tumores tienen una conductividad electrica y permitividad diferente significativa de los tejidos circundantes normales, esta propiedad se usa en algunos metodos de diagnostico. Como las propiedades electricas espedficas muestran una gran diferencia para diferentes tumores, como concretamente dependiendo del tamano y el estadio de desarrollo del tumor, las herramientas de diagnostico electromagnetico (EM) basicamente proporcionan a los profesionales clmicos las imagenes de la anatoirna localmente alterada.

El conocimiento de la propiedad electrica de los tejidos es la base para el desarrollo de los metodos de diagnostico EM para tumores. El topico ha sido de interes durante mas de un siglo por varios motivos, se han desarrollado modelos para explicar los comportamientos de tejidos biologicos tanto normales como patologicos (vease el documento [2]). La descripcion microscopica de las propiedades electricas de las celulas se complica por la variedad y la distribucion de las formas de las celulas, por tanto casi siempre se adopta un enfoque macroscopico para establecer la conductividad espedfica y la permitividad relativa de los sistemas biologicos. Incluso al nivel macroscopico estas propiedades se complican por varios factores tales como la orientacion del tejido, frecuencia, falta de homogeneidad y factores fisiologicos.

Las mediciones experimentales en diferentes marcos y diversos tejidos se parametrizan de forma fiable usando el modelo de Debye que explica la variacion de frecuencia con los tiempos de relajacion. El mismo modelo puede extrapolar las propiedades macroscopicas a alta frecuencia (veanse los documentos [3] [4]).

Los diagnosticos no invasivos comunes se basan en la obtencion de imagenes del cuerpo interno usando diferentes tecnologfas (por ejemplo, ultrasonidos, rayos X, CAT, IRM, PET), ya que el profesional clmico puede evaluar el tamano y la localizacion del tumor a partir de la anatomna alterada.

Se han investigado metodos de obtencion de imagenes basados en las ondas EM no ionizantes durante las ultimas decadas por varios ingenieros de microondas. Como los tejidos de mama normales son translucidos a microondas (como la mayona del tejido adiposo de bajo contenido de agua), el alto contraste dielectrico de los tejidos malignos en comparacion con el area circundante (al menos 5:1) y la geometna bastante simple del cuerpo local hace que el tumor de mama sea una patologfa excelente para optimizar el modelado de microondas y la obtencion de imagenes (vease el documento [7]). Las tecnicas de obtencion de imagenes de microondas activo (>1 GHz) para el tumor de mama se basan en dos metodos principales: tomograffa y radar.

El documento US-A-6061589 describe una antena de microondas para el sistema de deteccion de cancer que comprende dipolos de polarizacion cruzada cargados con resistencia en la misma ubicacion que se colocan directamente sobre la mama. Uno de los dipolos se usa para iluminar la mama con pulsos de muy corta duracion con gran ancho de banda, normalmente que supera 3 GHz; el otro dipolo se usa para recibir los retornos

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retrodifundidos. Un software procesa las formas de onda retrodifundidas con el fin de obtener imagenes de los tejidos.

El documento EP-A-1264576 describe un procedimiento medico de obtencion de imagenes holograficas electromagneticas de banda ancha. El documento US-A-2009-0129652 desvela un sistema de obtencion de imagenes medicas y de terapia de radiofrecuencia de alta resolucion.

El objeto de la tomograffa es recuperar la propiedad dielectrica de la mama a partir de multiples vistas usando senales de banda estrecha (vease el documento [7]). El radar de banda ultra-ancha (UWB) busca identificar la presencia y la localizacion de un difusor significativo en la mama (vease el documento [8]), y similarmente a la tomograffa pueden usarse multiples vistas para obtener imagenes de estos difusores (vease el documento [9]).

El modelado numerico para el medio de propagacion heterogeneo (hasta el 20 % de heterogeneidad) y reaffstico demostro que tumores superficiales (3-4 cm de profundidad) y pequenos (inferiores a 0,5 cm) pueden detectarse por el sistema de radar UWB durante un ancho de banda de 4-8 GHz [8]. Como todos estos procedimientos EM tienen como objeto proporcionar una imagen del cuerpo interno para diagnostico, los principales inconvenientes son el coste para el equipo/adquisicion que es comparable a las herramientas de obtencion de imagenes de diagnostico rutinariamente empleadas.

Hay un pico de absorcion a aproximadamente 300-500 MHz, concretamente debido al aumento de agua y sodio en los tejidos malignos (veanse los documentos [2] y [4]). En hipertermia, esta propiedad se usa para elevar localmente la temperatura con el fin de inducir efectos citotoxicos y hacer las celulas malignas mas vulnerables a la radiacion ionizante y toxinas qmmicas como adyuvante a la radioterapia y/o quimioterapia (vease el documento [11]).

El uso diagnostico de EM en el intervalo de frecuencia de aproximadamente 434 MHz es para la tomograffa termoacustica (vease el documento [10]). Una vez mas, las propiedades dielectricas de tejidos en este intervalo de frecuencia hacen que la radiacion eM se absorba de forma diferente de tejidos sanos/tumorales. Una vez radiados, la expansion de tejidos produce ondas de presiones que se miden en superficie y se usan para obtener imagenes de los tejidos biologicos basandose en su absorcion de radiacion EM.

Aunque senales de banda estrecha inferiores a 500 MHz no son aptas para la obtencion de imagenes debido a la ausencia de resolucion, los tejidos malignos tienen grandes contrastes electricos en comparacion con los tejidos circundantes que pueden acoplarse estrechamente con la antena de radiacion si los tumores son lo suficientemente superficiales (digamos por debajo de 5 cm si la permitividad oscila dentro de 5-10 como para tejidos adiposos), incluso para tumores de estadio temprano [8].

Un uso diagnostico de acoplamiento de campo se describe por el documento WO-A-2001-07909 donde se desvela un oscilador de pulsos peculiar que puede desplazar su frecuencia dependiendo de la naturaleza de los tejidos con los que se acopla. Sin embargo, el desplazamiento de frecuencia y la atenuacion para el conjunto de harmonicos dependen en gran medida del grado de acoplamiento (por ejemplo, orientacion del dispositivo con respecto al cuerpo) y asf su uso en diagnosticos no es independiente de los profesionales clmicos.

Lista de documentos del estado de la tecnica adicionales

[1] A. Jemal, R. Siegel, J. Xu, and E. Ward, Cancer Statistics - 2010, Cancer J Clin. Vol. 60, pp.277-300, Sept.2010.

[2] K.R. Foster and H.P. Schwan, Dielectric properties of tissues. En: C. Polk and E. Postow eds., Handbook of Biological Effects of Electromagnetic Field. New York: CRC Press, 1996

[3] S. Gabriel, R. W. Lau, and C. Gabriel, The dielectric properties of biological tissues: III. Parametric models for the dielectric spectrum of tissues", Phys. Med., Biol., vol. 41, no. 11, pp. 2271 - 2293, 1996.

[4] K.R. Foster and H.P. Schwan, Dielectric properties of tissues and biological materials: a critical review, Crit. Rev. Biomed. Eng., vol. 17,pp. 25 - 104, 1989.

[5] P. Vaupel, F. Kallinowski, and P. Okunieff, Blood flow, oxygen and nutrient supply, and metabolic microenvironment of human tumors: a review. Cancer Res., vol.49; pp. 6449-6465, Dec.1989.

[6] J.S. Michaelson et al., Predicting the survival of patients with breast carcinoma using tumor size, Cancer vol. 95, n.4, pp. 713-723, Aug.2002.

[7] E.C. Fear, S.H. Hagness, P. M. Meaney, M. Okoniewski, and M. A. Stuchly, Enhancing breast tumor detection with near field imaging, IEEE Microwave Mag., vol. 3, pp. 8-56, Mar 2002

[8] S. C. Hagness, A. Taflove, and J. E. Bridges, "Two-dimensional FDTD analysis of a pulsed microwave confocal system for breast cancer detection: fixed-focus and antenna-array sensors", IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 45 , pp. 1470 - 1479, 1998.

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[9] E. C. Fear, X. Li, S. C. Hagness, and M. A. Stuchly, "Confocal microwave imaging for breast cancer detection: Localization of tumors in three dimensions", IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 49, no. 8, pp. 812 - 822,2002.

[10] R.A. Kruger, K.K. Kopecky, A.M. Aisen, D.R. Reinecke, G.A. Kruger, W.L. Kiser Jr, Thermoacoustic CT with radio-waves: a medical imaging paradigm, Radiology vol.211, n.1, pp.275-278, April 1999

[11] P. Wust , B. Hildebrandt, G. Sreenivasa, B. Rau , J. Gellermann , H. Riess, R. Felix and P. M. Schlag "Hyperthermia in combined treatment of cancer", Lancet Oncol., vol. 3, pp. 487 2002.

[12] C. Bellorofonte, C. Vedruccio, P. Tombolini, M. Ruoppolo, A. Tubaro, Non-invasive detection of prostate cancer by electromagnetic interaction, European Urology, vol.47, pp.29-37, 2005.

[13] A. Vannelli, E. Leo, L. Battaglia, E. Poiasina, Diagnosis of rectal cancer by electromagnetic interactions: preliminary results. Desease of the Colon & Rectum, vol.52, n.1, pp.162-166, 2009.

[14] Q. Fang, P.M. Meaney, K.D. Paulsen, The multidimensional phase unwrapping integral and applications to microwave tomographical image reconstruction. IEEE Trans. On Image Processing, vol. 15, n.11, pp.3311-3324, Nov..2006.

[15] H. Hinrikus, J. Riipulk, Microwave imaging. Wiley Enciclopedia of Biomedical Engineering, J. Wiley and Sons Ed., Apr.2006.

Sumario de la invencion

Es un objeto de la invencion proporcionar un sistema para la deteccion de tejidos con anomalfa que permita de forma fiable obtener una deteccion precoz y localizacion de anomalfas y no requiera una experiencia especializada en la interpretacion de imagenes del cuerpo.

El objeto de la invencion se obtiene por el sistema de deteccion de la reivindicacion 1. Realizaciones particulares del sistema de deteccion se definen por las reivindicaciones dependientes 2-14. Otro objeto de la invencion es un procedimiento de deteccion como se define por la reivindicacion 16.

Breve descripcion de los dibujos

Caractensticas y ventajas adicionales seran mas evidentes a partir de la siguiente descripcion de realizacion preferida y de sus alternativas dadas como una forma de un ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La Figura 1 muestra esquematicamente una primera realizacion de un sistema de deteccion de anomalfa de tejido que incluye un dispositivo de antena de sonda y un dispositivo de recepcion;

la Figura 2 muestra un ejemplo de dicho dispositivo de antena de sonda;

la Figura 3 muestra esquematicamente dicho sistema de deteccion que opera en un paciente;

la Figura 4 representa un fenomeno de difusion simplificado empleado por dicho sistema de deteccion;

la Figura 5A muestra esquematicamente un ejemplo de dispositivo de antena de sonda con multiples frecuencias;

la Figura 5B muestra esquematicamente un demodulador para el sistema de antenas polarizadas dobles con un cuadricorrelador, empleable por dicho dispositivo de recepcion;

la Figura 6 muestra un ejemplo particular de dicho sistema de deteccion que emplea multiples antenas de polarizacion doble;

la Figura 7A ilustra esquematicamente la propagacion en un medio incluido entre dicho dispositivo de deteccion de antenas y dicho dispositivo de recepcion;

la Figuras 7B muestra un ejemplo de la respuesta del medio variable con el tiempo en un enlace;

la Figura 8A representa un ejemplo de una vista espectral de una senal generada por un dispositivo de deteccion de antenas;

la Figura 8B representa un ejemplo de una vista espectral de una senal recibida por el dispositivo de recepcion; la Figura 9A ilustra un ejemplo de una respuesta del medio para un primer procedimiento de operacion; la Figura 9B muestra un ejemplo de una respuesta del medio para un segundo procedimiento de operacion;

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la Figura 10A muestra un comportamiento de potencia de difusion de tejidos tumorales;

la Figura 10B muestra un comportamiento de potencia de difusion de tejidos de calcificacion;

la Figura 11A muestra una tabla de energfa de difusion para el analisis de prostata sin tumor mientras que la Figura 11B se refiere a la presencia de tumor;

la Figura 11C muestra una vista en alzado de patrones de difusion de potencia para el analisis de prostata sin tumor mientras que la Figura 11D se refiere a la presencia de tumor;

la Figura 11E muestra esquematicamente una pluralidad de tablas de energfa de difusion a ser presentadas por un monitor del sistema de deteccion;

la Figura 12 muestra un ejemplo de una arquitectura de software empleable por el sistema de deteccion. Descripcion detallada

En la Figura 1 se muestra esquematicamente una primera realizacion de un sistema de deteccion de anomalfa de tejido 1000 (en lo sucesivo tambien llamado "sistema de deteccion"). El sistema de deteccion 1000 esta estructurado para detectar anomalfas en tejidos de cuerpos humanos o animales. Las anomalfas pueden ser, como un ejemplo, tumores y/o calcificaciones. Particularmente, pueden detectarse tumores en el estadio temprano (por ejemplo, tumores malignos de mama, prostatico y colorrectal) por el sistema 1000.

El sistema de deteccion 1000 incluye un dispositivo de antena de sonda 100, un dispositivo de recepcion 200 y un modulo de procesamiento 300. El dispositivo de antena de sonda 100 puede ser, particularmente, portatil y esta estructurado para radiar una senal de radiofrecuencia incidente. Particularmente, el dispositivo de antena de sonda 100 incluye una primera antena 1 conectada a un primer modulo de modulacion MOD1. El dispositivo de antena de sonda 100 esta provisto de al menos una segunda antena 2 conectada a un segundo modulo de modulacion MOD2. El dispositivo de antena de sonda 100 tambien esta provisto de un primer modulo de control 4 (SONDA de controlador) configurado para controlar el primer y segundo modulos de modulacion MOD1-MOD2. El dispositivo de antena de sonda 100 puede estar provisto de amplificadores de ganancia variable dispuestos entre cada uno del modulo de modulacion MOD1-MOD2 y cada una de la primera y segunda antenas 1 y 2.

El dispositivo de antena de sonda 100 incluye un oscilador de frecuencia variable EL-S que opera como fuente de ondas electromagneticas que esta controlado por el primer modulo de control 4 y esta conectado con el primer y segundo moduladores MOD1-MOD2. Tambien se observa que segun otro ejemplo la fuente de ondas electromagneticas EL-S, el primer modulo de control 4, el primer y segundo modulos de modulacion MOD1 y MOD2 pueden ser externos al dispositivo de antena de sonda 100.

El sistema de deteccion 1000 opera con ondas electromagneticas a una frecuencia inferior a 700 MHz. Segun un ejemplo, la fuente electromagnetica EL_S esta configurada para generar senales de radiofrecuencia a K frecuencias f-i, f2,..., fK apropiadamente elegidas para estar dentro de un alcance de frecuencia predefinido alrededor de una frecuencia portadora central f0 con 350 MHz <f0< 550 MHz. El maximo alcance de frecuencia de las K frecuencias podna ser inferior a 100 MHz, valores rtpicos son 1 MHz, 5 MHz, 10 MHz. Ademas, segun una segunda realizacion que se describira en detalle despues, el primer y segundo modulos de modulacion MOD1-MOD2 pueden incluir un bloque de FDM (multiplexacion por division de frecuencia) respectivo que actua sobre cada una de dichas senales de radiofrecuencia a K frecuencias f-i, f2,..., fK. Particularmente, el numero de frecuencias puede ser K=201, incluso K=31, K=7 y degenerar a K=1 en algunos casos.

La Figura 2 muestra una realizacion particular del dispositivo de antena de sonda 100 que emplea una unica antena, es decir, la primera antena 1 que puede ser, segun el ejemplo, una antena de dipolo que opera a la mitad de longitud de onda. Ademas, la primera antena 1 opera para generar un campo electromagnetico linealmente polarizado.

El dispositivo de antena de sonda 100 de la Figura 2 comprende una caja 9 fabricada, como un ejemplo, de material dielectrico tal como plastico, que define una porcion de radiacion activa 10, que incluye la primera antena 1, y una porcion de asa 11. La porcion de asa 11 incluye elementos de absorcion de ondas electromagneticas 12 (por ejemplo, anillos de ferrita). Los elementos de absorcion 12 son un ejemplo de transformador simetrico-asimetrico empleable para minimizar cualquier influencia sobre la porcion de radiacion 10 de cualquier soporte usado para soportar el dispositivo de antena de sonda 100, tal como la mano de un usuario. Segun el ejemplo particular mostrado en la Figura 2, la primera antena 1 esta conectada al primer modulo de modulacion MOD1 por un primer cable 8 adecuado (como un ejemplo, que pasa a traves de la porcion de asa 11 y los anillos de ferrita 12) y posiblemente un segundo cable 3, externo a la caja 9. Se reconoce que el dispositivo de antena de sonda 100 genera radiacion no ionizante.

Tambien se observa que la primera antena 1 se usa en un intervalo de frecuencia de radiacion fijo. Para los fines de la presente invencion, con la expresion "intervalo de frecuencia de radiacion fijo" se indica que el intervalo de frecuencia de radiacion de la antena es sustancialmente independiente tanto de la interaccion con el tejido radiado como de las variaciones de posicion de la primera antena 1. Como un ejemplo, la primera antena 1 opera al

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siguiente intervalo de radiofrecuencia: 320 MHz-390 MHz. Se observa que las consideraciones hechas para la primera antena 1 pueden hacerse tambien para la segunda antena 2.

El dispositivo de antena de sonda 100 incluye dos antenas, la primera antena 1 radia ondas electromagneticas que tienen una primera polarizacion lineal y la segunda antena 2 radia ondas electromagneticas que tienen una segunda polarizacion diferente de la primera polarizacion lineal. Como un ejemplo, la primera polarizacion lineal es una polarizacion horizontal H y la segunda polarizacion lineal es una polarizacion vertical V. El par de antenas de emision en la sonda 100 forma una unidad de antena de polarizacion doble. Ademas, segun una realizacion particular, el sistema de deteccion 1000 puede comprender un segundo modulo de control 5 conectado, mediante un enlace alambrico o inalambrico 7, con el primer modulo de control 4, y tambien conectada con la unidad de procesamiento 300 y un monitor 6.

Refiriendose de nuevo a la Figura 1, el dispositivo de recepcion 200 comprende al menos una unidad de antenas de recepcion que incluye dos antenas de recepcion RhtRvi. Preferentemente, el dispositivo de recepcion 200 incluye una pluralidad de unidades de antenas de recepcion que incluye cada una dos antenas y que forman una matriz de recepcion Rh-i-Rvn. Cada antena de un par de antenas de recepcion RHi - Rvi esta configurada y orientada para recibir ondas electromagneticas segun polarizaciones lineales ortogonales.

El dispositivo de recepcion 200 incluye al menos un modulo de demodulador DEM11 y, segun la realizacion descrita, incluye una pluralidad de modulos de demodulador DEM11 - DEMmk cada uno asociado a un par de antenas de recepcion RHi - Rvi respectivas. Particularmente, como se describira con referencia a la Figura 5A, la segunda realizacion, si se emplean modulos de modulacion de FDM MOD1 y MOD2, cada demodulador DEM11 - DEMmn puede incluir al menos un demodulador de IFDM (FDM inverso).

El dispositivo de recepcion 200 y el modulo de procesamiento 300 estan estructurados para analizar a partir de los datos resultantes una difusion de potencia de campo electrico frente al patron de frecuencia y detectar dicha anomalfa asociada a nulos o mmimos en dicho patron.

Primera realizacion de un procedimiento de operacion

Una primera realizacion de operacion del sistema de deteccion 1000 se describira en el presente documento despues tambien con referencia a la Figura 3 que muestra un paciente P, que tiene una region tumoral T, y esquematizaciones del dispositivo de antena de sonda 100 y el dispositivo de recepcion 200.

El dispositivo de antena de sonda 100, que actua de sonda de diagnostico, se mueve (por ejemplo, sujetado con la mano por un profesional clmico) y se pone en contacto mtimo con la piel del paciente. El movimiento continuo del dispositivo de antena de sonda 100 tiene como objetivo permitir que el usuario localice la posicion sobre la piel donde el patron de radiacion llega a ser complejo, si lo es, que es un indicador de resonancia anomala con tejidos de tumor o de calcificacion.

El dispositivo de antena de sonda 100 genera un campo electromagnetico (es decir, una senal incidente) que se acopla localmente en el campo cercano con los tejidos en contacto. Como un ejemplo, con referencia al tumor prostatico, se observa que alrededor del perineo el area es electromagneticamente muy heterogenea y no puede describirse por solo simples valores macroscopicos. Sin embargo, por razonamiento, suponiendo que una permitividad relativa a 434 MHz oscila entre 7 y 12 como para la grasa mixta y huesos, la longitud de onda en el cuerpo es aproximadamente 19-25 cm. El tamano de la prostata es 3-4 cm, se incorpora dentro de 3-4 cm de la posicion del perineo donde el profesional clmico ha puesto el dispositivo de antena de sonda 100 y esta en el campo cercano.

Mas espedficamente, "campo cercano" significa que la distancia D entre la antena de radiacion (por ejemplo, la primera antena 1) y la falta de homogeneidad diana es mas corta que la longitud de onda usada. Particularmente, la distancia D puede ser inferior a 1/5 de la longitud de onda, preferentemente, inferior a 1/10 de la longitud de onda o, mas preferentemente, inferior a 1/20. La operacion de campo cercano permite un acoplamiento con tejidos malignos que es muy superior a aquel normalmente alcanzable por sistemas de campo lejano convencionales usados para la obtencion de imagenes de microondas.

Las celulas cancerosas en tejidos profundos de la region tumoral T son excitadas a partir de radiofrecuencia con gran longitud de onda, esta excitacion genera un campo electromagnetico secundario (es decir, una senal inducida). El campo electromagnetico incidente y el campo electromagnetico inducido generan un campo electromagnetico difuso (senal difusa). Particularmente, como el tumor T esta en estrecha distancia del dispositivo de antena de sonda 100 en terminos de longitud de onda, el campo difuso es una combinacion compleja de campo incidente y el generado por tejidos heterogeneos con tumor (si esta presente). Cuanto mas proximo este el dispositivo de antena de sonda 100 al tumor T incorporado en tejidos heterogeneo, y mas fuerte sea el acoplamiento con el tumor, esto a su vez genera un patron de retrodifusion mas complejo con multiples nulos de difusion.

Se observa que las propiedades electromagneticas de tejidos malignos estan alteradas, mostrando una gran discontinuidad y conductividad dielectricas con respecto al tejido circundante. El campo electromagnetico difundido cuando el dispositivo de antena de sondas 100 esta en estrecha interaccion con estas faltas de homogeneidad

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muestra patrones de interferencia complejos con nulos profundos. Se observa que el patron de retrodifusion es menos complejo y menos estructurado cuando los tejidos son menos heterogeneos, tal como para no tumores.

La senal difusa es recibida por las antenas de recepcion del dispositivo de recepcion 200 y es equivalente a una senal modulada que es adecuadamente demodulada por los modulos de demodulacion DEM-h-DEmk. Una senal demodulada digital es entonces alimentada a la unidad de procesamiento 300. Se observa que el dispositivo de recepcion 200 esta colocado de tal forma que este en un campo lejano del paciente, normalmente mas de una o dos longitudes de onda de distancia, digamos separado 1-3 metros.

Particularmente, cada antena de recepcion Rhi-Rvn esta conectada a un amplificador que transfiere las senales recibidas amplificadas al demodulador respectivo DEMn que se sincroniza con el primer y segundo modulos de modulacion MOD1-MOD2 en terminos de fase/frecuencia y senal de modulacion. Todos los demoduladores DEMn adquieren el campo retrodifundido smcronamente, y la sincronizacion de cada demodulador con el dispositivo de antena de sonda -00 puede ser o bien garantizada por una conexion ffsica 7 entre el dispositivo de antena de sonda 100 y el segundo modulo de control 5, o por un enlace inalambrico, o bien puede ser auto-recuperada como en sistemas de receptor convencionales usando procedimientos conocidos.

Las senales demoduladas de todas las antenas de recepcion junto con la polarizacion correspondiente se transfieren al modulo de procesamiento 300 que aplica algoritmos de procesamiento.

La presencia de nulos o mmimos (por debajo de un umbral) en el campo de difusion esta asociada a la presencia de anomalfas de tejido. La unidad de procesamiento 300 permite ejecutar algoritmos para localizar los nulos o mmimos de difusion en el patron y proporciona una indicacion al usuario (como un ejemplo, en el monitor 6) que informa asf que el dispositivo de antena de sonda 100 esta en contacto con una region del cuerpo del paciente en la que hay una falta de homogeneidad tal como el tumor T.

Por tanto, el procedimiento de operacion incluye una etapa de mover el dispositivo de antena de sonda 100 hasta que el patron de los nulos de retrodifusion medido alcance algun grado de complejidad.

Ademas, la unidad de procesamiento 300 puede analizar efectos variables con el tiempo en nulos para los fines de diagnostico con el fin de proporcionar indicadores fiables sobre la naturaleza de la falta de homogeneidad.

La Figura 4 se refiere a una situacion simplificada que permite ilustrar los fenomenos de difusion empleados por el sistema de deteccion 100. La primera antena 1 se acopla con un punto de difusion T que representa el tumor a distancia A<<A que re-radia la misma senal escalada segun un factor de acoplamiento a(|a|<1) y con retardo de fase que depende de la distancia.

La senal recibida por una antena de recepcion Rhi a la distancia r es precisamente la interferencia que surge del rayo directo y difundido. Si la distancia r>>A, la potencia frente al angulo para el patron de radiacion retrodifundida es independiente de r. Concretamente, la posicion angular de los nulos de difusion depende del retardo de fase de la difundida (aqrn depende de la distancia A), mientras que el factor de acoplamiento a cambia la profundidad del nulo (aqrn cambia de a=1 a a=0,8). El analisis de interferencia de la difusion del nulo tiene un efecto de aumento sobre el acoplamiento a, ya que pequenos cambios en a producen una gran variacion de la atenuacion cuando se evalua a mmimos del patron de retrodifusion.

Segunda realizacion del sistema de deteccion

Las Figuras 5A y 5B se refieren a una segunda realizacion del sistema de deteccion de anomalfa de tejido 1000 y muestran realizaciones particulares del dispositivo de antena de sonda 100 (Figura 5A) y de un demodulador DEMmn (Figura 5B) incluido en el dispositivo de recepcion 200. Los modulos o componentes identicos o analogos a los anteriormente descritos se representan en las figuras por los mismos numeros de referencia.

El dispositivo de antena de sonda 100 de la Figura 5A tiene una matriz de unidades de antenas de polarizacion doble, cada una provista de la primera antena 1 que radia un campo electromagnetico que tiene la polarizacion horizontal H y la segunda antena 2 que radia un campo electromagnetico en la polarizacion vertical V. Particularmente, en la Figura 5A se emplea una unica unidad de antenas de polarizacion que comprende la primera y segunda antena 1 y 2.

El primer modulo de modulacion MODI incluye un primer bloque de generacion de firma 13 conectado a un primer modulo de modulacion de FDM 14. El segundo modulo de modulacion MOD2 incluye un segundo bloque de generacion de firma 15 conectado a un segundo modulo de modulacion de FDM 16. El primer y segundo bloques de generacion de firma 13 y 15 estan estructurados para generar vectores de senal modulada para ser proporcionados al primer y segundo modulos de modulacion de FDM 14 y 16 correspondientes.

El demodulador DEMmn (Figura 5B) esta conectado a una primera antena de recepcion Rh y una segunda antena de recepcion Rv respectivamente conectada a un primer bloque de demodulacion de IFDM l7 y un segundo bloque de demodulacion de IFDM 18, incluido en el demodulador DEMmn. Los puertos de salida del primer y segundo bloques de demodulacion de IFDM 17 y 18 estan conectados a un bloque computacional de elementos de matriz de

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transferencia 50 que es, particularmente, un cuadricorrelador.

Ademas, un bloque de sincronizacion y de adquisicion de firma 19 gestiona la sincronizacion del demodulador DEMmn y el primer y segundo modulos de modulacion MOD1-MOD2 en terminos de fase/frecuencia y senal de modulacion. El segundo modulo de control 5 (Figura 1) proporciona la senal de modulacion de referencia y senales de sincronizacion que van a ser usadas por el bloque de sincronizacion y de adquisicion de firma 19.

Ejemplos de algoritmos de procesamiento

Se hace referencia, particularmente, a la segunda realizacion del sistema de deteccion 1000, como se ha descrito anteriormente con referencia a las Figuras 5A y 5B.

Ademas, tambien se hara referencia a la esquematizacion del sistema de deteccion 1000 mostrado en la Figura 6. El dispositivo de recepcion 200 mostrado en la Figura 6 incluye una matriz bidimensional con 2N antenas de recepcion sobre la rejilla rectangular, la separacion entre elementos normalmente es inferior a la longitud de onda (por ejemplo, 10 cm). Cada unidad de antena de polarizacion doble (Rhi, Rvi) contiene polarizaciones cruzadas y actua de un sistema MIMO (salida multiple entrada multiple) de 2X2 con 4 respuestas de canal para los enlaces HH, NV, VH, VV links, en total hay 4N enlaces equivalentes.

Como el medio de propagacion biologico esta influido por la radiacion, los canales equivalentes son variables con el tiempo segun la configuracion del sistema y propiedades del tejido.

La primera y segunda antenas 1 y 2 transmiten senales incidentes sobre la polarizacion H y V; la senal incidente esta dispuesta en un vector s(t):

imagen1

La senal recibida por un enlace de recepcion 1° basado en las antenas Rhi y Rvi se expresa como:

imagen2

Donde la matriz de difusion G(t|i,l) es la funcion de transferencia 2X2 en el dominio del tiempo para el enlace 1° y las variaciones de tiempo de los medios de propagacion se representan por el factor temporal t, el sfmbolo "*" indica la convolucion.

Pasemos por alto el mdice de recepcion de antena y se desprecian los 1° demoduladores considerando un enlace de transmision/recepcion. Como la posicion de los nulos de difusion de la matriz de funcion de transferencia variable con el tiempo G(t|T) (o cualquiera de sus elementos) que va a usarse como diagnostico depende de la longitud de onda (o equivalentemente a la frecuencia), las senales de expresion (1) generadas por el dispositivo de antena de sonda 100 pueden estar compuestas, por ejemplo, por una superposicion de un conjunto de senales de banda estrecha que son un conjunto mutuamente no interferente de K frecuencias f-i, f2,..., f< apropiadamente elegidas para estar dentro de un alcance de frecuencia predefinido alrededor de la frecuencia portadora f0 con 350 MHz <f0< 550 MHz.

Esta modulacion de multiples frecuencias se lleva a cabo por el primer modulo de modulacion de FDM 14 y el segundo modulo de modulacion de FDM 16 (Figura 5A), incluido en cada primer y segundo modulos de modulacion MOD1-MOD2, que modula por separado tanto senales H como V por tecnicas de FDMh y FDMv, respectivamente usando los conceptos conocidos de la modulacion de banco de filtros empleada en los sistemas de multiplexacion por division de frecuencia.

El ancho de banda Bw de cada uno de estos componentes de banda estrecha es lo suficientemente pequeno como para usar la suposicion de que la respuesta del canal como resultado de la interaccion con el cuerpo puede considerarse constante dentro del ancho de banda Bw siempre que 1/Bw sea inferior a los tiempos de relajacion de los tejidos biologicos (valor tfpico Bw>1KHz).

El ancho de banda Bw y la rejilla de frecuencia f-i, f2,..., f<tienen diferentes combinaciones, por ejemplo pueden ser elegidos tanto para tener senales de banda estrecha que no se superponen (Bw<<|fk-fk-11) como senales ortogonales (Bw~fk-fk--i|) como para sistemas de OFDM (FDM ortogonal), la diferencia esta en la forma en que se generan las senales de banda estrecha (por FDM) y se demodulan (por IFDM) sin cambiar las propiedades de diagnostico del dispositivo en cuestion.

La descomposicion de frecuencia desacopla la medicion de difusion de una atenuacion espedfica en una frecuencia por base de frecuencia a partir de cambios variables lentos en las propiedades electricas de tejidos representados por el tiempo t. Este enfoque se parece a la transformada de Fourier de tiempo corto (STFT) para el analisis de

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procesos no estacionarios, excepto que aqu se aplica a un sistema activo usado para diagnosticos.

La Figura 8A muestra un ejemplo de una vista espectral de la potencia transmitida frente a la frecuencia para cualquiera del enlace HH, VH, HV, VV (constante t).

Ahora se hace referencia al enlace MIMO 2x2 esquematicamente mostrado en la Figura 7; cada una de la forma de onda de banda estrecha para ambas polarizaciones se modula por el primer y segundo modulos de modulacion MOD1-MOD2 correspondiente por el siguiente vector de senal de modulacion de la amplitud (tambien denominado firma):

M0 = [a? (OX (Of (3)

diferente para cada una de la frecuencia fk alrededor de la frecuencia portadora f0. Los componentes del vector de modulacion se generan por el primer y segundo bloques de generacion de firma 13 y 15 anteriormente mencionados (Figura 5B).

Por tanto, las senales radiadas por el dispositivo de antena de sonda 100 pueden expresarse por:

imagen3

aqui se usa la notacion compleja equivalente. La eleccion de las firmas HyV^ (0>tfj (0 debe garantizar estimar el k° componente espectral de los cuatro elementos de la matriz de difusion de valores complejos

G/f(r) =

gkH(r) 47/(r>

j

= G(/1 r) x exp(-j2jfkt)dt (5)

por desacoplamiento de los componentes H y V usando enfoques estandar tales como el enfoque de probabilidad maxima. Las firmas se repiten periodicamente con el periodo T (valor tfpico T=10-100 ms) que es el periodo de muestreo de la matriz de difusion variable con el tiempo en la ecuacion (5). Las firmas H y V son mutuamente ortogonales dentro de un periodo T, concretamente debe conservarse la siguiente relacion convolutiva:

imagen4

donde Ea es la energfa de la firma (para simplificar, todas las firmas tienen la misma energfa) y la funcion de Dirac 6(t) indica que las firmas tienen propiedades de autocorrelacion ideales. En la practica, es suficiente que la

correlacion cruzada lai=^at + es^ p0r debajo del aislamiento entre los pares H y V en las antenas de emision 1 y 2, y las antenas de recepcion Rhi y RvI

Ejemplo de seleccion practica de firmas

Ademas de las limitaciones de propiedades de ortogonalidad mutua y autocorrelacion ideal como en la expresion (7),

la eleccion de las firmas H y V <(')<(») se disenan para modular de una forma controlada la cantidad de energfa de radiofrecuencia que se transfiere a tejidos una vez irradiados de la sonda 100. Se indica que la potencia o energfa radiada durante un corto tiempo hace que la matriz de difusion G(f|T) sea variable con el tiempo como resultado del cambio en las propiedades electromagneticas de tejidos debido al calentamiento o cualquier ajuste ionico relevante de tejidos biologicos. La potencia total sobre T es la suma de la potencia de H y V con respecto a todas las frecuencias K: Ptx = KEJT, su valor es intencionalmente modulado a partir de las firmas y/o periodo T para fines de diagnostico.

Puede apreciarse un pequeno cambio tal en las propiedades electricas de la falta de homogeneidad en el campo de retrodifusion solo a partir de las inspecciones del comportamiento de atenuacion frente al tiempo en los nulos de difusion (o mmimos) de los elementos de la matriz de difusion durante una escala de tiempo de 1-2 segundos donde los presentes inventores pueden suponer que el profesional clmico que inspecciona puede mantener la misma posicion del dispositivo de antena de sonda 100 sin ningun cambio significativo (digamos dentro de 1-2 cm).

Segun estas limitaciones particulares relacionadas con el procedimiento de diagnostico, se proponen a continuacion dos ejemplos practicos denominados "procedimiento del espectro ensanchado" o "procedimiento biestable".

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Procedimiento de espectro ensanchado

Las firmas ak^) (donde x indica polarizacion H

o V) pueden elegirse como un conjunto de secuencias de

modulacion basadas en la composicion de codigos binarios {c*[l]>c*[2],...,£■*[£]} con rjjf7] -+1 seleccionados de cualquier conjunto ortogonal conocido (por ejemplo, Hamming, Hadamard) como para los sistemas de comunicacion de espectro ensanchado y de CDMA (acceso multiple por division de codigo).

L

La firma i-1 es un conjunto de formas de onda cuadradas retardadas de amplitud

unitaria todas con la misma duracion Ta<<T de manera que LTa<T para todas las frecuencias. El periodo Ta se elige para garantizar la propiedad no interferente entre cada par de las senales de banda estrecha que puede elegirse para ser |fi-fj|>1/Ta para cada ff

Sistema biestable

Otra eleccion es alternar la activacion entre la primera antena 1, polarizacion H, y la segunda antena 2, polarizacion

V, (generacion biestable) de manera que para cualquier valor instantaneo es

ak (t)a._ (/)-()

Una solucion simple (pero no unica) es elegir

<(0-1 para o<t<Ta a\ (/) = 1 para Ta<t<2T

y

de manera

que la potencia total sea Prx=KTe/T y cualquier variacion del periodo de activacion Ta gobierne la potencia transferida a los tejidos.

El procedimiento biestable es la eleccion preferida cuando la interferencia medioambiental sea baja, mientras que el procedimiento de espectro ensanchado es mas inmune a la interferencia debido a la muy conocida propiedad de desensanchado (o filtrado adaptado) usada en el DEM de receptor para la mitigacion de interferencia.

Sin embargo, la firma del procedimiento de espectros ensanchados permite obtener un promedio del rendimiento variable con el tiempo de la funcion de transferencia durante el periodo LT mientras que el biestable permite medir la variacion local. La Figura 9A ilustra la respuesta para el procedimiento de espectros ensanchados y la Figura 9B muestra la respuesta para el procedimiento biestable en caso de un enlace de la matriz de transferencia (cualquiera de HH, HV, VH, VV).

La senal recibida en el dispositivo de recepcion 200 aqrn para cualquier par de antenas de recepcion puede expresarse como:

imagen5

con mientras que [n (t),n (f)] explica cualquier ruido de

medioambientales. El modelo equivalente de banda base para senales de valor complejo

sistema o alteraciones

b* (r I r) = GA (r) * aA (t) (9)

La senal de banda base se obtiene a partir de una estimacion 6*(f|T) (es decir, en general B^O^b^T)) despues de que las senales recibidas se desacoplen de los componentes espectrales usando la demodulacion de bancos de filtros del bloque de IFDM para los componentes H y V.

La estimacion de la matriz de transferencia de valor complejo Gi<(t) como modelo de banda base se obtiene a partir de las senales recibidas y desmoduladas 6*(f|T). Segun la seleccion de las firmas transmitidas, las entradas de valor complejo de la matriz de transferencia se obtienen como:

G*-(r) =

(r)

« |rK(£)

dc, (10)

El cuadricorrelador 50 mostrado en la Figura 5B puede usarse para calcular los elementos (cada par HH, HV, VH, VV) de la matriz de expresion (10).

Ademas, el software de procedimiento de diagnostico incluye el analisis de la caractenstica de transferencia en los nulos de difusion de los elementos de G*(t) que explica la informacion polarimetrica que puede derivarse de

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cualquiera de la transformacion y descomposicion polarimetrica conocida de la matriz de difusion G*(t).

Las caractensticas del sistema lineal equivalente representado por la matriz de difusion G*(t) pueden expresarse para cada entrada (no exclusivamente) por: atenuacion ai, retraso de la respuesta Ti, polos pi y oscilaciones amortiguadas u>i.

Se observa que el medio en el que se propaga el campo de retrodifusion contiene una mezcla desconocida de grasa, musculo, glandulas, tejidos de conducto, etc... incorporada en una estructura heterogenea bastante aleatoria, esto previene cualquier interpretacion simple de la energfa de retrodifusion compleja, y esta energfa de retrodifusion esta cambiando bastante suavemente a traves del espacio si se compara con la misma estructura con tumor maligno. El indicador de suavidad de los parametros explica la desviacion de las caractensticas del sistema lineal equivalente, por ejemplo el conjunto de atenuacion {ai,a2,...,aN} con respecto a la media, o mediana, para un subconjunto relacionado con antenas vecinas con la misma polarizacion. Pueden considerarse indicadores de diagnostico similares para un subconjunto de frecuencias, y/o polarizaciones, y/o cualquier combinacion como se indica a continuacion.

En la busqueda de nulos de difusion, estas transformaciones polarimetricas ayudan al indicador de diagnostico a seleccionar efectos de interferencia relevantes de cualquier angulo de polarizacion que de multiples nulos de retrodifusion en las posiciones espedficas del dispositivo de antena de sonda 100 con respecto a las antenas del dispositivo de recepcion 200, estado de frecuencia y polarizacion del dispositivo de antena de sonda 100 y el dispositivo de recepcion 200.

Estas transformaciones estan relacionadas con el analisis del estado de polarizacion de la matriz de difusion G*(t) con el principal objetivo de simplificar el uso del dispositivo de diagnostico ya que minimiza la solicitud para que el profesional clrnico gire el dispositivo de antena de sonda 100 para hacer coincidir la difusion del nulo en la polarizacion (en algunas localizaciones anatomicas estas rotaciones podrian limitarse a algunos grados tales como en el perineo, si no imposible). Para ilustrar mejor el procedimiento de deteccion, el analisis preliminar del estado de polarizacion de las transformaciones polarimetricas y descomposicion puede ser despreciado a continuacion, ya que las transformaciones polarimetricas y descomposicion son evidentes para el experto.

Tambien se observa que los elementos de la matriz de transferencia son variables con el tiempo debido a la radiacion. Cuando el dispositivo de antena de sonda 100 se coloca cerca de los tejidos (y se mantiene quieto), los elementos de la matriz de transferencia cambian frente al tiempo t con comportamiento diferente dependiendo de la naturaleza del tejido y la potencia total. En caso de tejidos sanos, el campo difuso es heterogeneo con nulos dispersos mientras que en presencia de tejidos malignos y calcificaciones hay patrones de interferencia complejos con nulos profundos.

Particularmente, una vez que una (o mas) antenas Rh1-Rvn del dispositivo de recepcion 200 se alinean con un nulo cuando el dispositivo de antena de sonda 100 se mantiene quieto, la potencia de difusion (o ganancias de la matriz de transferencia) aumenta de forma diferente para tumores y calcificaciones. La Figura 10A muestra el comportamiento de la potencia de difusion de tejidos tumorales mientras que la Figura 10B se refiere a tejidos de calcificacion. Concretamente, en presencia de tumor, la potencia de difusion en el nulo aumenta mas lentamente que para la calcificacion. La tasa de aumento de la potencia difusa se usa, segun una realizacion particular, para discriminar tejidos dependiendo de la respuesta con respecto a la potencia de radiacion radiada por el dispositivo de antena de sonda 100.

Se observa que en el caso de una pluralidad de antenas de recepcion Rh1-Rvn, como para una matriz de antenas incluidas en el dispositivo de antena de sonda 200, el procesamiento anteriormente mencionado se duplica simplemente para cada enlace de transmision/recepcion. La estimacion de la matriz de transferencia para cualquier enlace es G*(T,t) y la transformacion polarimetrica se aplica a cada matriz de difusion G*(T,t). El procedimiento de

\K.N.Q =i.'=i.?=i

deteccion incluye una estimacion del conjunto ( k ’ ’ t=l-L=l-?=l a partir del grupo de Q copias de senales

recibidas (con el tiempo r(f|T=7,t),r(f|T=27,t),...,r(f|T=Q7,t)) en N antenas (mdice 1) que contienen la combinacion de multiples portadores (mdice k) y polarizacion. El procedimiento de deteccion para N=1 y/o L=1 y/o una polarizacion tambien se cuenta como caso especial.

Particularmente, ademas de la estimacion de la ganancia, la pendiente para cada uno del filtro de banda base tambien puede estimarse dentro de cada periodo de medicion T para aproximarse localmente (para qT<T<(q+1)T o equivalentemente 0<6t<T) a la amplitud (o potencia) de los elementos variables con el tiempo de la matriz de difusion:

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Las pendientes indicada por las variables p puede derivarse de la amplitud (o potencia) de la matriz estimada

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Gk(i=qT,l) con respecto a los periodos vecinos con analisis estandar o pueden derivarse de senales recibidas a lo largo de cada banda de frecuencia si se usan firmas biestables como se ilustra en la Figura 9B.

Como un ejemplo, un indicador de diagnostico agregado selecciona el conjunto de valores mmimos de elementos de |Gfc(T=qT,l)| por debajo de una umbral de amplitud predefinido Ha y cuenta (operador count[.]) su aparicion del conjunto total de mediciones 4QNK como

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La medicion pa es un parametro de diagnostico para el tumor o calcificacion ya que cuenta los mmimos de retrodifusion en la matriz de las antenas de recepcion incluidas en el dispositivo de antena como indicador de la complejidad del campo de onda de retrodifusion. El parametro pa modela la variacion del tiempo de los mmimos de retrodifusion usando una regresion lineal y es:

j3„ | <r|p para tumor, (14)

I j3„ I >r|p para calcificacion. (15)

Donde el umbral r|p es adecuadamente elegido.

Resultados experimentales

La Figura 11 muestra los resultados experimentales, en forma de tablas, obtenidos usando el sistema de deteccion 1000 que emplea un dispositivo de antena de sonda 100 que tiene dos antenas (polarizacion doble) y un dispositivo de recepcion 200 que tiene una matriz plana 10X7 de antenas de recepcion. Ilustrando solo una polarizacion VV, la Figura 11A muestra la energfa de difusion en unidades arbitrarias para el analisis de prostata sin tumor mientras que la Figura 11B se refiere a la presencia de tumor como evidente a partir de los multiples mmimos mostrados por la distribucion de energfa de difusion.

Se observa que el uso de un dispositivo de antena de sonda 100 que tiene mas de una antena de emision y de un dispositivo de recepcion 200 que tiene mas de un antena de recepcion es de ayuda para reducir el tiempo de deteccion, ya que el profesional clinico no es obligado a buscar el alineamiento espacial con posicion angular de uno de los nulos de difusion si se usa solo una antena de recepcion Rh1 o Rv1 fijada en el espacio.

Como la forma en la que el cuerpo cambia el estado de polarizacion del campo EM es bastante compleja para ser modelada, las antenas de emision podran tener una polarizacion o polarizaciones dobles y el campo de difusion se mide o bien con una polarizacion o bien polarizaciones dobles. Una vez mas, la polarizacion unica implicana que el profesional clmico que sujeta la sonda tiene que girarla en busqueda del angulo que minimiza el campo medido, el analisis de polarizacion (tanto en transmision como en recepcion) reduce el tiempo de la deteccion y la tasa de negativos falsos. La Figura 11C y 11D muestra ejemplos de patrones de difusion de potencia asociados a una afeccion no tumoral (como en la Figura 11A) y deteccion de tumor (como en la Figura 11B), respectivamente.

La energfa de difusion como se representa en la Figura 11A y 11B, por medio de tablas, son ejemplos de resultados que pueden ser presentados por el monitor 6 para ser vistos por el usuario del sistema de deteccion 1000. Los parametros relevantes (indicadores de diagnostico) resultantes del analisis hecho pueden ser presentados tambien segun otras formas de representacion (por ejemplo, una lista de parametros). Particularmente, una pluralidad de tablas de energfa de difusion (Figura 11E) se asocio a una posicion del dispositivo de sonda de antena 100, cada uno empleo frecuencia de FDM y cada par de polarizaciones usadas puede ser presentada por el monitor 6.

Ademas, se observa que la ensenanza de la presente invencion proporciona una herramienta de diagnostico/deteccion para la deteccion precoz principalmente, pero no exclusivamente, para aquellos tumores que se localizan proximos a la superficie de la piel (tal como prostata, colon-recto, mama) basandose en el efecto de interferencia entre una antena de radiacion que opera en el intervalo de 350-600 MHz colocada en el contacto de la piel en estrecho acoplamiento EM con tejidos malignos (para la deteccion de cancer de prostata la antena se coloca sobre el perineo dentro de 3-4 cm de la prostata).

Esquema de la arquitectura de software

La Figura 12 muestra por medio de una esquematizacion un ejemplo de una posible arquitectura de un software 400

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empleable por la unidad de procesamiento 300 para llevar a cabo los procedimientos descritos. El software 400 comprende una pluralidad de modulos de software de medicion 20 que estan configurados para procesar adecuadamente las senales recibidas por el dispositivo de recepcion 200 para medir, por ejemplo, la potencia recibida y asf actuar como un detector de envolvente. Ademas, el software 400 incluye una pluralidad de analisis de potencia y modulos de correccion 21 que permite proporcionar una pluralidad de parametros (tales como atenuacion ai, retraso de la respuesta Ti, polos pi y oscilaciones amortiguadas Wi) que representan la matriz estimada G*(t), segun la ecuacion (10).

Ademas, el software 400 esta provisto de un modulo de base de datos de calibracion de matriz 22 que permite configurar adecuadamente, en una etapa de calibracion, los modulos de analisis de potencia y de correccion 21. Un modulo de calibracion del umbral mmimo de ruido 23 permite compensar sustancialmente errores en los modulos de analisis de potencia y de correccion 21 debido a interferencias producidas por objetos externos u otras fuentes interferentes.

El software 400 esta provisto de un modulo de analisis de diagnostico parametrico 24 que realiza el calculo segun las expresiones (11), (12), (13), (14) y (15) con el fin de proporcionar informacion de deteccion y de diagnostico, que puede visualizarse por un modulo de monitor 25 del monitor 6 y guardarse en una base de datos 26. Ventajosamente, puede proporcionarse un modulo de interfaz 27 que conecta el modulo de analisis de diagnostico parametrico 24 con dispositivos de diagnostico externo (por ejemplo, un dispositivo de ultrasonidos).

Como es evidente a partir de la descripcion de la realizacion de la Figura 1 y el procedimiento de operacion de la misma, el sistema de deteccion 1000 permite obtener una deteccion precoz fiable de tumores malignos sospechosos, que se empareja con un procedimiento para procesar los datos de retrodifusion, sin la necesidad de experiencia especializada en la interpretacion de imagenes del cuerpo.

Como las terapias pueden reducir los contrastes electricos anomalos de tejidos tumorales, el sistema de deteccion 1000 tambien puede usarse como herramienta para la evaluacion precoz de la eficacia de cualquiera de las terapias tales como quimioterapia, mientras que estas terapias estan en progreso en vez de a partir de la investigacion de la reduccion de tamano del tumor como por dispositivos de obtencion de imagenes del cuerpo entero tales como CAT y/o IRM.

Tambien se subraya que el uso de un dispositivo de antena de sonda 100 que emplea antenas de polarizacion doble minimiza la necesidad de que el profesional clmico gire el dispositivo de sonda portatil 100 cuando se opera en busqueda de tumores y/o calcificaciones.

El sistema y procedimiento descrito puede detectar la presencia y localizar anomalfas con una cantidad minima de tiempo para programas de cribado a gran escala.

Ademas, es particularmente ventajosa la realizacion que muestra la capacidad para separar tejidos malignos de calcificaciones evaluando y caracterizando la respuesta variable con el tiempo del patron de difusion del analisis espedfico de los nulos de difusion, o mmimos.

Tambien se reconoce que, como un ejemplo, el sistema de deteccion y procedimiento descritos pueden usarse para fines de diagnostico de absorcion de tejidos a baja frecuencia (inferior a 1 GHz), aunque la longitud de onda (normalmente mayor de 3-4 cm cuando se propaga en tejido adiposo) sea mucho mas grande que el tamano del tumor maligno (normalmente inferior a 1-2 cm).

En esta condicion, los fenomenos ffsicos usados para fines de diagnostico no son la translucidez, como para la obtencion de imagenes de microondas usando frecuencias mas altas (por encima de 1-2 GHz con ancho de banda superior a 1 GHz para cuestiones de resolucion). Por el contrario, y como ya se ha descrito, los fenomenos implicados es el acoplamiento de campo cercano que se usa para inferir la presencia de tumores malignos, u otras faltas de homogeneidad tales como calcificaciones que tienen contrastes electricos anomalos, de los nulos en el patron retrodifundido.

Se observa que el sistema de deteccion 1000 no proporciona ninguna imagen directa del tumor o estimacion cuantitativa directa de las propiedades electricas de tejidos como para la difusion inversa, mas bien detecta la presencia o no por barrido en diferentes localizaciones del cuerpo donde los tumores malignos son buscados por proximidad de sonda.

Ademas, con referencia al dispositivo de antena de sonda 100, el desacoplamiento de la generacion de senal incidente de la porcion de antena de radiacion 10 tienen los beneficios de:

1) reducir el tamano de la porcion de antena de radiacion 10 del dispositivo de antena de sonda;

2) aumentar el acoplamiento entre la antena y los tejidos sin la necesidad de incorporar los tejidos investigados como parte de la generacion de senal y de frecuencia;

3) controlar la frecuencia y el patron de generacion de senal independientemente de los tejidos con los que

va a acoplarse;

4) optimizar el diseno y la sincronizacion de firmas generadas para la mitigacion de interferencias;

5) evitar o minimizar la generacion de multiples harmonicos fuera de la frecuencia portadora fundamental, por ejemplo, en el intervalo 350-550 MHz.

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Claims (16)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un sistema de deteccion de anomaKa de tejido (1000), que comprende:

   un dispositivo de antena de sonda (100) estructurado para radiar una senal de radiofrecuencia incidente de banda estrecha a una frecuencia inferior a 700 MHz para irradiar un tejido en condiciones de campo proximo para producir una senal de radiofrecuencia resultante;

   un oscilador de frecuencia variable (E-LS) que opera como una fuente de ondas electromagneticas conectada a primero y segundo modulos de modulacion (MOD1-MOD2) para proporcionar senales electromagneticas;

   un modulo de control (4) configurado para controlar el oscilador de frecuencia variable (E-LS) que opera como fuente de ondas electromagneticas;

   un dispositivo de recepcion (200) estructurado para recibir la senal resultante y proporcionar datos recibidos correspondientes;

   un modulo de procesamiento (300) estructurado para procesar los datos recibidos para proporcionar una informacion que indica deteccion de una anomalfa en dicho tejido;

   en el que:

   el dispositivo de antena de sonda tiene un intervalo de frecuencia de radiacion fijo y esta estructurado de manera que la senal resultante sea una senal difusa resultante de una combinacion de la senal incidente y una senal de radiofrecuencia inducida producida por el tejido radiado; el dispositivo de antena de sonda (100) incluye al menos una primera antena de emision (1) conectada al primer modulo de modulacion (MOD1) y estructurada para radiar primeras ondas electromagneticas que tienen una primera polarizacion lineal y al menos una segunda antena de emision (2) conectada al segundo modulo de modulacion (MOD2) y estructurada para radiar segundas ondas electromagneticas que tienen una segunda polarizacion lineal ortogonal a la primera polarizacion;

   el dispositivo de recepcion (200) incluye al menos una unidad de antenas de recepcion que incluye dos antenas de recepcion (Rh-i-Rvi) orientadas para recibir ondas electromagneticas segun la polarizacion lineal ortogonal y al menos un modulo de demodulacion (DEM11);

   el modulo de procesamiento (300) esta estructurado para analizar a partir de los datos resultantes una difusion de potencia de campo electrico frente al patron de frecuencia y detectar dicha anomalfa asociada a nulos o mmimos en dicho patron.
2. 2. El sistema de deteccion de la reivindicacion 1, en el que dicha senal de radiofrecuencia incidente de banda estrecha muestra un ancho de banda de manera que una respuesta de una interaccion de la senal de radiofrecuencia incidente de banda estrecha con el tejido sea constante dentro del ancho de banda.
3. 3. El sistema de la reivindicacion 1, en el que dicho dispositivo de antena de sonda (100) incluye una primera porcion (10) para ser puesta en contacto con un cuerpo y provista con dicha primera antena de emision (1) y una porcion de soporte que tiene (11) material absorbente de campo electromagnetico (12); la primera antena de emision (1) esta configurada para generar un campo electromagnetico linealmente polarizado.
4. 4. El sistema de la reivindicacion 1, en el que el dispositivo de recepcion (200) incluye al menos una primera antena de recepcion (Rhi) estructurada para recibir dichas primeras ondas electromagneticas y esta conectado a un modulo de demodulacion (DEM11).
5. 5. El sistema de la reivindicacion 4, en el que el dispositivo de recepcion (200) incluye al menos una segunda antena de recepcion (Rvi) estructurada para recibir dichas segundas ondas electromagneticas y esta conectado al modulo de demodulacion (DEM11).
6. 6. El sistema de la reivindicacion 1, en el que dicho dispositivo de antena de sonda (100) esta adaptado para radiar la senal de radiofrecuencia incidente que comprende una pluralidad de senales portadoras segun una tecnica de multiplexacion por division de frecuencia y dicho dispositivo de recepcion esta adaptado para procesar la senal resultante segun una tecnica de multiplexacion por division de frecuencia inversa.
7. 7. El sistema segun al menos la reivindicacion 4, en el que:

   el primer y segundo modulos de modulacion (MOD1-MOD2) estan adaptados para modular una amplitud de una senal portadora segun una senal de modulacion para obtener una senal incidente modulada para ser radiada por el dispositivo de antena de sonda, y

   dicho modulo de demodulacion (DEM11) esta estructurado para demodular la senal resultante como se recibe en el dispositivo de recepcion (200) y proporcionar una senal difusa recibida.

   5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45
8. 8. El sistema de la reivindicacion 5 y 7, en el que la senal de modulacion es un conjunto de formas de onda cuadradas retardadas.
9. 9. El sistema de las reivindicaciones 5 y 7, en el que el dispositivo de antena de sonda (100) esta estructurado para radiar la senal incidente alternando la activacion de la al menos la primera antena (1) y la al menos la segunda antena (2).
10. 10. El sistema de la reivindicacion 7, en el que el modulo de procesamiento (300) esta estructurado para procesar la senal difusa de recepcion basandose en dicha senal de modulacion para calcular una matriz de difusion que va a analizarse para detectar dichos nulos o mmimos.
11. 11. El sistema de la reivindicacion 10, en el que el modulo de procesamiento (300) esta configurado para analizar la matriz de difusion y contar dichos nulos o mmimos por debajo de un umbral asociado a una anomalfa.
12. 12. El sistema de la reivindicacion 11, en el que el modulo de procesamiento (300) esta configurado para analizar la matriz de difusion para determinar un parametro de pendiente de tiempo asociado a una variacion de tiempo del comportamiento de retrodifusion de la anomalfa radiada.
13. 13. El sistema de la reivindicacion 12, en el que el modulo de procesamiento esta estructurado para comparar el parametro de pendiente de tiempo con un valor de referencia para determinar si la anomalfa es un tumor o una calcificacion.
14. 14. El sistema de la reivindicacion 1, en el que la senal incidente es una onda de radiofrecuencia no ionizante que tiene una frecuencia portadora incluida en el intervalo de 350-600 MHz.
15. 15. El sistema de la reivindicacion 1, en el que el dispositivo de antena de sonda esta configurado para generar senales de radiofrecuencia a K frecuencias f-i, f2,..., fK elegidas dentro de un alcance de frecuencia predefinido alrededor de una frecuencia portadora central f0 con 350 MHz <f0< 550 MHz; en el que el alcance de frecuencia de las K frecuencias es inferior a 100 MHz.
16. 16. Un procedimiento, que comprende las etapas de:

    proporcionar un sistema de deteccion de anomalfa de tejido (1000) segun cualquier reivindicacion precedente que comprende un dispositivo de antena de sonda (100) que tiene un intervalo de frecuencia de radiacion fijo; el dispositivo de antena de sonda (100) incluye al menos una primera antena (1) conectada a un primer modulo de modulacion (MOD1) y estructurada para radiar primeras ondas electromagneticas que tienen una primera polarizacion lineal y al menos una segunda antena de emision (2) conectada a un segundo modulo de modulacion (MOD2) y estructurada para radiar segundas ondas electromagneticas que tienen una segunda polarizacion lineal ortogonal a la primera polarizacion;

    y un oscilador de frecuencia variable que opera como fuente de ondas electromagneticas (E-LS) conectado al primer modulo de modulacion (MOD1) y el segundo modulo de modulacion (MOD2) para proporcionar senales electromagneticas;

    controlar por el modulo de control (4) el oscilador de frecuencia variable (E-LS) que opera como fuente de ondas electromagneticas;

    mover el dispositivo de antena de sonda (100) que radia una senal de radiofrecuencia de banda estrecha incidente a una frecuencia inferior a 700 MHz para irradiar un tejido en condiciones de campo proximo;

    producir una senal difusa resultante de una combinacion de la senal incidente y una senal de radiofrecuencia inducida producida por el tejido irradiado;

    recibir en un dispositivo de recepcion (200) la senal difusa y proporcionar datos recibidos correspondientes que representan un patron de difusion de potencia de campo electrico; incluye al menos una unidad de antenas de recepcion que incluye dos antenas de recepcion (Rh-i-Rv) y al menos un modulo de demodulacion (DEM11) ;

    procesar los datos recibidos para proporcionar una informacion asociada a nulos de potencia o mmimos de potencia del patron de difusion de potencia de campo electrico.