Advances in depolarization techniques for applications in biomedicine: unveiling brain structures
Aquesta tesi se centra en l'anàlisi de tècniques polarimètriques com a eines per a la inspecció de mostres biològiques. Aquests mètodes es beneficien de l’aprofitament de la resposta polarimètrica de les mostres, que es pot englobar en tres característiques físiques principals: dicroisme, birre...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/695776 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/695776 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Polarització Polatization Polarización Ciències Experimentals 53 |
| Sumario: | Aquesta tesi se centra en l'anàlisi de tècniques polarimètriques com a eines per a la inspecció de mostres biològiques. Aquests mètodes es beneficien de l’aprofitament de la resposta polarimètrica de les mostres, que es pot englobar en tres característiques físiques principals: dicroisme, birrefringència i despolarització. És important destacar que aquestes propietats polarimètriques poden estar vinculades a característiques físiques (com ara la composició, densitat, orientació, etc.) de les mostres, que són responsables d’aquest comportament polarimètric. Aquestes propietats es poden extreure directament a partir de la mesura experimental de les seves matrius de Mueller, on la informació polarimètrica està codificada. Cal assenyalar que la mesura de la matriu de Mueller de les mostres és no invasiva i no destructiva, fet que converteix les tècniques polarimètriques presentades en aquesta tesi en excel·lents candidates per a l’obtenció d’imatges de teixits biològics. La bibliografia demostra que, entre aquestes propietats, l’estudi del comportament despolaritzant dels teixits biològics és especialment adequat per a la seva caracterització. En aquest context, els Índexs de Puresa Polarimètrica han mostrat un molt bon resultat amb finalitats d’imatge. En aquesta tesi es presenten avenços tant en la comprensió fonamental de la informació proporcionada pels Índexs de Puresa Polarimètrica com en la seva connexió amb les estructures inherents de les mostres. Aquest coneixement fonamental s’utilitza per implementar eines basades en polarimetria que ajuden a la identificació i millora del contrast d’estructures biològiques. A més, també s’investiguen altres paràmetres rellevants de despolarització en el marc d’aplicacions en biofotònica, com és el cas d’alguns observables derivats de la descomposició de Arrow. En particular, descrivim per primera vegada diferents orígens de la despolarització en les mostres. Per a aquest objectiu, es duen a terme una sèrie de simulacions que imiten despolaritzadors basats en diferents característiques polarimètriques. Això condueix a la identificació de dues fonts de despolarització, anomenades despolarització anisotròpica i isotròpica. Mentre que la primera està relacionada amb processos estadístics que impliquen els elements polarimètrics que componen les mostres, la segona està associada a processos de dispersió aleatòria produïts en les interaccions llum-matèria, que condueixen a una pèrdua completa de la informació polarimètrica de la mostra. La comprensió detallada d’aquests mecanismes despolaritzants ens porta a la implementació d’un filtre digital de despolarització que elimina el contingut isotròpic de les mostres, ressaltant el component anisotròpic. L’aplicació d’aquest filtre en mostres biològiques resulta en una millora significativa de les imatges d’estructures rellevants. Aprofitant el potencial del filtre per a aplicacions d’imatge, l’apliquem a l’estudi de mostres de cervell humà i animal. L’anàlisi dels canals polarimètrics filtrats produeix resultats excel·lents pel que fa a la identificació d’estructures, en comparació tant amb mètodes polarimètrics convencionals com amb tècniques mèdiques habituals. Com a resultat, el filtre de despolarització presentat en aquest treball es presenta com una eina excel·lent amb un gran potencial per a cirurgies in vivo en l’àmbit mèdic, així com per a la recerca neurològica fonamental i la detecció de patologies. |
|---|