Contribución a la caracterización dieléctrica y magnética del tejido biológico mediante métodos basados en inducción magnética

Abstract

La caracterización eléctrica del tejido biológico adquiere mayor relevancia cada día. En este proceso, la determinación de la conductividad y permitividad eléctrica del tejido biológico aumenta en importancia en el área de las ciencias de la vida y la salud, al intentar utilizarlas para caracterizar el tejido normal del patológico o usarla para realizar tomografía de impedancia eléctrica (TIE). Hasta ahora esta determinación se realiza con métodos basados en el contacto eléctrico.<br/>Existen estudios previos que establecen la posibilidad teórica de determinar la conductividad eléctrica de sustancias poco conductoras a través de métodos libres de contacto, basados en principios de inducción magnética. Estos estudios establecen una expresión analítica entre la conductividad, la permitividad eléctrica y la geometría de la muestra (considerada no magnética) en un caso sencillo con la razón señal-portadora (SCR). Esta última, definida como la relación entre un campo magnético B0 que llena la región donde se ubicará la muestra y el campo magnético de perturbación &#61508;B que produce la muestra.<br/>En una primera fase de este trabajo se estableció la posibilidad de realizar estas determinaciones con la utilización de la instrumentación comercialmente disponible. A partir de qué frecuencias es posible y la importancia de cuidar los detalles asociados con el apantallamiento de las distintas partes del sistema.<br/>Posteriormente se desarrolló un modelo de comportamiento bajo la acción de un campo magnético, de materiales cuyas propiedades eléctricas pasivas (PEP) son similares a las del tejido biológico. Para un sistema bobina-bobina y una muestra de geometría cilíndrica, se dedujo una expresión analítica en la cual se incluye, además de la conductividad y la permitividad eléctrica, la susceptibilidad magnética del material que constituye la muestra (considerando el material débilmente magnético).<br/>Con esta expresión y la instrumentación desarrollada en la División de Instrumentación y Bioingeniería (DIB) del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universidad Politécnica de Cataluña, se logró verificar la posibilidad de discriminar muestras constituidas por compuestos inorgánicos (sales) con distintas conductividades y susceptibilidades magnéticas. <br/><br/>El sistema también se utilizó en muestras de tejido hepático de algunas decenas de gramos de masa, verificándose la posibilidad de discriminar entre muestras con sobrecarga media e intensa de hierro y muestras normales o con poca sobrecarga de este metal.<br/>Finalmente se dimensionó el sistema en un intento de adecuarlo para medir la sobrecarga de hierro hepático en pacientes en los cuales se conoce su existencia o se sospecha. Se modificaron los protocolos y el software para medidas en vivo. En este punto de la investigación no se logró una diferenciación definitiva entre los individuos considerados normales y aquellos a los que se les supone distintas sobrecargas de este metal.<br/>Se concluye que, para sistemas de medida de las PEP con métodos basados en inducción magnética, es fundamental el cuidado con los apantallamiento a fin de evitar los efectos de los acoplos indeseados. Además, se determinó que es posible, con el sistema desarrollado en la DIB trabajando a una sola frecuencia y el modelo propuesto, la discriminación entre muestras con diferente conductividad eléctrica y susceptibilidad magnética en muestras inorgánicas. En tejido hepático se determinó la posibilidad de diferenciar ciertos grados de sobrecarga de hierro. En medidas en vivo no se logró la discriminación definitiva de sujetos con sobrecarga de hierro hepático y voluntarios supuestos sanos. Sin embargo, de acuerdo a los resultados obtenidos, existen fuertes indicios que permiten pensar que mejorando el procesamiento y análisis de los datos será posible esta diferenciación.