PhD in Electrical and Computer Engineering

Los estudios de doctorado en Electrical and Computer Engineering se realizarán en la University of Illinois at Urbana-Champaign (Estados Unidos) por un periodo de 4 años siendo el inicio del programa en Agosto-2017. El proyecto está en el marco del concurso “Becas de Doctorado en el Extranjero 2016-II”. El ultrasonido es la modalidad de imágenes médicas más utilizada a nivel mundial detrás de la radiografía digital. Las imágenes ecográficas se basan en pequeñas (<2%) diferencias de impedancia entre los tejidos para proporcionar contraste a la imagen. Este contraste se ve reducido aún más por el efecto de moteado (speckle). El desarrollo de nuevas técnicas de ultrasonido para construir imágenes con diferentes fuentes de contraste que no sean afectadas por speckle es médicamente significativo. Diferentes tejidos tienen diferentes coeficientes de no linealidad acústica (B/A); por ejemplo, los tejidos grasos, el hígado y el agua tienen valores de B/A de 11, 6.6, y 5.2, respectivamente. La obtención de imágenes de coeficientes de no linealidad proporcionaría una nueva fuente de contraste en imágenes de ultrasonido. Cuando se propaga en un tejido, la onda ultrasónica sufre distorsión no lineal. Esta distorsión depende del coeficiente de no linealidad y del nivel de presión de la onda ultrasónica. La distorsión no lineal produce un traslado de energía de la frecuencia fundamental hacia sus armónicos. Cuando la señal retrodispersada es recibida por el transductor, el ancho de banda en la frecuencia fundamental sufre un exceso de atenuación. Mediante la construcción de múltiples mapas de atenuación obtenidos al transmitir múltiples ondas a diferentes niveles de presión, la no linealidad del tejido puede ser mapeada a través del exceso de atenuación. El objetivo principal de la investigación es desarrollar una modalidad de imágenes de ultrasonido novedosa basada en el mapeo del coeficiente de no linealidad acústica mediante la estimación del exceso de atenuación. Para alcanzar esta meta, se tienen varios objetivos específicos. El primer objetivo será predecir las capacidades del nuevo enfoque en simulaciones de ondas con propagación no lineal usando la ecuación KZK. La ecuación KZK se utilizará para predecir el patrón de difracción de una fuente ultrasónica en un medio con atenuación y propiedades no lineales (B/A) definidas. Las ondas ultrasónicas interactuarán con fuentes de dispersión (scatterers) distribuidas en toda la región analizada a fin de examinar las capacidades del algoritmo de estimación de atenuación para proporcionar imágenes de atenuación precisas para diferentes niveles de presión del transductor. El incremento en la atenuación que se observa en la misma región a medida que la presión aumenta se usará para mapear el coeficiente de no linealidad del medio simulado. A partir de estas simulaciones, se evaluará el acierto y si el enfoque es repetible al generar imágenes del coeficiente de no linealidad. En esta etapa se optimizarán los niveles de presión, propiedades del medio, y configuraciones de la fuente a fin de encontrar las limitaciones del enfoque. El siguiente objetivo será validar la técnica en maniquíes con propiedades acústicas de tejidos. Esta etapa permitirá examinar la técnica bajo un conjunto de condiciones experimentales y refinarla aún en un sistema físico. El objetivo final será demostrar el funcionamiento y desempeño de la técnica en diferentes tipos de tejidos in vivo ya sean sanos o enfermos. Además, se evaluará su capacidad para diferenciar etapas de una enfermedad y proveer suficiente contraste entre diferentes estructuras internas. La calidad de la imagen y el desempeño de la técnica serán evaluadas a través de métricas cuantificables para cada análisis de imágenes. Al retornar al país, pienso desarrollar proyectos de biotecnología y particularmente con imágenes médicas de ultrasonido que permitan diagnóstico de enfermedades de gran prevalencia en el país.

COILA PACOMPIA ,ANDRES LEONEL