Método de procesamiento de señal para la evaluación ultrasónica de dimensiones anatómicas del globo ocular

Abstract

RESUMEN La presente tesis de maestría se centra en el desarrollo e implementación de un método de procesamiento de señales orientada a la estimación de las dimensiones anatómicas del globo ocular porcino en condiciones sanas a través de la exploración ultrasónica del tejido. La metodología empleada para llevar a cabo el cumplimiento de los objetivos propuestos aborda como primera fase la adecuación del modelo experimental animal para la adquisición de registros ultrasónicos tipo A-scan a una frecuencia de 10MHz y 20MHz que permitirán la inspección y evaluación del tejido. Posteriormente, se enfoca al procesamiento de las señales adquiridas considerando una etapa de acondicionamiento de señales que involucra la comparación de tres técnicas de reducción de ruido: filtro Butterworth, reducción de ruido por Wavelets y por Signal Subspace. Así como el planteamiento de una metodología para la estimación de la relación señal+ruido a ruido. Y, por último, la implementación y adecuación del algoritmo Space-Alternating Generalized Expectation-Maximization para la estimación del tiempo de vuelo entre los ecos correspondientes a las estructuras de interés dentro del globo ocular. Los resultados obtenidos muestran que la técnica de reducción de ruido por Signal Subspace proporciona una mayor calidad de las señales ultrasónicas y elevación de la relación señal+ruido a ruido de su valor inicial. Finalmente, se obtuvo un compendio de las dimensiones axiales que definen al globo ocular porcino y tras la evaluación ultrasónica efectuada se complementaron los datos preexistentes, estableciendo un valor promedio vinculado con la profundidad de la cavidad posterior del ojo de cerdo. Aunado a ello, el planteamiento del uso de porciones como referencia en la medición del globo ocular permite reducir la discrepancia de los datos y con ello el error existente entre ellos, además el plantear una velocidad ponderada para el tejido ocular podría influenciar a la definición de un estándar en la evaluación ultrasónica.

ABSTRACT This master thesis focuses on the development and implementation of a signal processing method aimed at estimating the anatomical dimensions of the porcine eyeball in healthy conditions through the ultrasonic tissue exploration. The first part of the methodology used to fulfillment of the proposed objectives is oriented to the adequacy of an experimental animal model for the acquisition of A-scan ultrasonic signals at a frequency of 10MHz and 20MHz used for inspection and evaluation of the tissue. Subsequently, it focuses on the processing of the acquired signals considering a signal conditioning stage that involves the comparison of three noise reduction techniques: Butterworth filter, Wavelet and Signal Subspace Denoising. Also, it's proposed a methodology for estimating the Signal-noise to Noise Ratio. And finally, the implementation and adaptation of the Space-Alternating Generalized Expectation-Maximization algorithm for the estimation of time of flight corresponding to the structures of interest inside the eyeball. The results obtained show that Signal Subspace Denoising provides a higher quality of the ultrasonic signals and elevates of the Signal+noise to Noise Ratio regarding its initial value. Finally, a compendium of the axial dimensions that define the porcine eyeball was obtained and after the ultrasonic evaluation performed, the already existing data were complemented, establishing an average value linked to the depth of the pig's eye posterior cavity. In addition, the proposal of using portions as a reference in the measurement of the eyeball allows to reduce the discrepancy of the data and thus the error between them, it also consideres that a weighted velocity for the eye tissue could influence the definition of a standard in ultrasonic evaluation.