Modelado de la propagación de la luz en medios turbios de dos capas usando modelos homogéneos

MANGAS FIORELLA; VERA, DEMIÁN AUGUSTO; WAKS SERRA, MARÍA VICTORIA; GARCÍA, HÉCTOR

Bahía Blanca

Congreso; 108º Reunión de la Asociación Física Argentina; 2023

Asociación Física Argentina

La cabeza humana puede pensarse como un sistema biológico conformado por varias capas (piel, cráneo, líquido cefalorraquídeo, materia gris, materia blanca). Ante el incremento de la actividad hemodinámica cerebral, se producen cambios en la irrigación sanguínea, notoriamente en la zona de la materia gris. Estos cambios pueden detectarse externamente mediante el uso de fuentes y detectores de radiación roja/infrarroja colocados sobre el cuero cabelludo. Para ello, se requiere el uso de modelos que predigan correctamente la manera en que la luz es absorbida y dispersada en cada una de las capas. Los modelos más apropiados para este fin son los conocidos como "multicapas", que tienen en cuenta las características estructurales de la cabeza humana antes mencionadas; entre estos modelos, de particular interés resultan los de dos capas, que permiten discriminar la región cerebral de aquella superficial o extracerebral. Sin embargo, estos modelos son matemáticamente más complejos y computacionalmente más costosos que los modelos homogéneos, que describen la propagación de la luz en medios cuyas propiedades ópticas no dependen de la posición ni de la dirección. El objetivo de este trabajo es, pues, utilizar modelos homogéneos de forma apropiada para representar la propagación de la luz en medios de dos capas. De esta manera, es posible reducir la complejidad matemática y el tiempo de cómputo de los algoritmos de recuperación de propiedades ópticas. El núcleo de este trabajo es tanto teórico como computacional y experimental, buscando complementar los resultados obtenidos con simulaciones numéricas y con experimentos sobre fantomas (sustancias que emulan las características ópticas de los tejidos biológicos). Los resultados obtenidos sugieren que, bajo ciertas condiciones (en particular, para ciertas combinaciones de valores delespesor de la primera capa y de la separación entre la fuente y el detector deradiación), la absorción efectiva que caracteriza el modelo homogéneo utilizadorepresenta muy bien la absorción específica de una de las dos capas (ya sea lasuperficial o la profunda). En caso contrario, la absorción homogénea adquiere valores intermedios entre aquellos que caracterizan al medio de dos capas.