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La evolución de lesiones de Leishmaniasis cutánea ha sido estudiada con éxito en el Laboratorio de Imágenes Médicas de la PUCP usando herramientas ópticas para seguir la evolución superficial de la lesión cutánea. Sin embargo, existe la necesidad de contar con indicadores adicionales y más precisos que permitirán valorar la respuesta del tratamiento. Actualmente, ninguna técnica puede examinar los fenómenos biológicos en el tejido ubicado por debajo de la ulceración. Se cree que la inspección ultrasónica de alta frecuencia puede generar marcadores para identificar los cambios relacionados a la microestructura y elasticidad de la piel debajo de la herida. Este proyecto consiste en el estudio de la variación de parámetros derivados de ultrasonido para la detección temprana de la respuesta terapéutica en pacientes de Leishmaniasis cutánea.
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La salud es uno de los temas fundamentales para mejorar la calidad de vida de las personas. Por este motivo, la inversión en investigación en salud es considerable en países desarrollados. Sin embargo, la realidad en salud en estos países dista mucho de la que se vive en nuestro país. Mientras que la tuberculosis (TBC) ha sido erradicada en países desarrollados, en el Perú, esta enfermedad es endémica y es responsable de más muertes que los diferentes tipos de cánceres combinados. Más aún, los casos de tuberculosis multidrogo resistente va en aumento. De manera similar, el cáncer cervical es detectado de manera temprana en países desarrollados con procedimientos de descarte rutinarios y simples como el papanicolau. En el Perú, la población en general y las mujeres en sectores más empobrecidos no pueden acceder a estas revisiones rutinarias, lo que ha causado que este cáncer sea el responsable de más muertes en la población femenina por encima del cáncer de mama. El Círculo de Investigación inter ¿ institucional aplicada a la detección y diagnóstico mejorados de tuberculosis y cáncer ginecológico plantea el desarrollo de nuevas tecnologías para diagnóstico de TBC y para cánceres ginecológicos.
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La neumonía causa anualmente, 1.4 millones de muertes en niños menores de 5 años; siendo las infecciones la principal causa de muerte en esta población ¿ 1 de cada 4 niños que fallecen es a causa de esta enfermedad. En Perú, la mortalidad por neumonía en niños es uno de los principales problemas de salud pública. Aproximadamente 400 muertes por neumonía fueron reportadas anualmente a nivel nacional en el periodo 2009-2012. El diagnóstico se basa actualmente en exámenes de rayos X, clínicos y de laboratorio, los cuales requieren profesionales médicos capacitados e infraestructura compleja. Cuando no hay disponibilidad de rayos X, el criterio clínico es el único medio disponible pero lamentablemente carece de la suficiente sensibilidad y especificidad. Por ende, el desarrollo de nuevas metodologías de diagnóstico de neumonía resulta de crucial importancia para la mejora de calidad de vida de los pobladores de zonas alto-andinas. El proyecto propone adaptar tecnologías de procesamiento de señales e imágenes ultrasónicas para detectar la neumonía infantil a ser empleado en zonas alto-andinas.
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Pese a su extendido empleo en la detección y diagnóstico de enfermedades, las ecografías tienen una resolución espacial limitada por los efectos de difracción. Como resultado, las ecografías no permiten visualizar ni analizar estructuras cuyas dimensiones sean menores a varias longitudes de onda. Este proyecto se enfocará en el estudio de dos técnicas que tienen potencial de obtener información más allá de este límite. El primer enfoque consiste en mejorar directamente la resolución espacial de las ecografías mediante el desarrollo de técnicas de formación de haz adaptivas basadas en modificaciones al método de respuesta sin distorsión de varianza mínima (mínimum-variance distortionless response, MVDR). Este sub-proyecto será realizado en colaboración con investigadores de Stanford University. El segundo enfoque consiste en estimar indirectamente características de tejidos (i.e., tamaño y concentración de células) en escalas menores a la longitud de onda a partir de la estimación de coeficientes de retro-dispersión aplicados al problema específico de diagnóstico de cáncer de tiroides. Este sub-proyecto será realizado en colaboración con investigadores de University of Illinois at Urbana-Champaign. Se espera que por su carácter innovador ambos sub-proyectos permitan avanzar el estado del arte de las imágenes médicas y caracterización no invasiva de tejidos. Más aun, esta propuesta permitirá desarrollar colaboraciones, co-asesorías de tesis de posgrado y estancias de investigación con dos de las más importantes instituciones de ingeniería en el mundo (i.e., puesto 2 y 5 en el ranking mundial ARWU de ingeniería 2013).
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En Perú, el cáncer de mama es la segunda causa de muerte por cáncer en mujeres. El estándar actual de despistaje incluye la mamografía, pero su efectividad disminuye en mamas densas generando falsos positivos o negativos. Esto repercute en el costo del sistema de salud, las tasas de curación del cáncer y la economía de los pacientes, sus familiares y el Estado. La elastografía por compresión es una herramienta que añade información cualitativa de elasticidad al diagnóstico diferencial y ha sido recientemente introducida en nuestro país. A pesar de las ventajas de la técnica cualitativa, datos cuantitativos permiten una mejor caracterización y diferenciación entre tejidos patológicos y sanos. Se propone una nueva metodología para generar imágenes cuantitativas de elasticidad de la mama. Se diseñan e implementan el hardware y software necesarios para crear vibraciones en la superficie de la mama y estimar su velocidad de desplazamiento utilizando Sonoelastografía Cuantitativa. Adicionalmente, se añade el uso de ultrasonido ultra-rápido para mejorar la exactitud y precisión de la estimación de la elasticidad del tejido. La validación de esta nueva metodología se realiza utilizando maniquíes calibrados. Finalmente, se analiza la capacidad predictiva de la técnica para detectar lesiones malignas o benignas histológicamente confirmadas en pacientes voluntarios. Esta propuesta responde a la necesidad de contar con una herramienta para la detección temprana del cáncer de mama.
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El objetivo general del proyecto fue evaluar experimentalmente la utilidad del ultrasonido cuantitativo multi-paramétrico para caracterizar cáncer de próstata, mama y tiroides en vivo en sujetos humanos. En este estudio, se evaluaron los parámetros de coeficiente de retrodispersión, coeficiente de atenuación y parámetros de envolventes en la caracterización de tejido sano y enfermo en pacientes voluntarios para cáncer de tiroides, ganglios y mama. Se contó con una base de datos de 270 pacientes voluntarios, cuya clasificación a base de indicadores cuantitativos basados en ultrasonido fue exitosa. Esto permitió la publicación de una serie de artículos científicos en revistas indizadas y conferencias a nivel internacional, así como la colaboración con instituciones de prestigio en el campo de la imagenología con ultrasonido que posibilitó la formulación, postulación y creación de nuevos proyectos orientados a este campo.
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La neumonía causa 1.4 millones de muertes anuales en niños menores de 5 años en todo el mundo. Es la principal causa de muerte por infecciones en esta población ya que 1 de cada 4 niños que fallecen es a causa de esta enfermedad. En Perú, la mortalidad por neumonía en niños es uno de los principales problemas de salud pública. De acuerdo al Ministerio de Salud, aproximadamente 400 muertes por neumonía fueron reportadas anualmente a nivel nacional en el periodo 2009-2012. En lo que va del año 2013, ya han sido registrados 274 casos de muerte por neumonía en niños menores de 5 años. El diagnóstico de neumonía se basa en imágenes de rayos X, exámenes clínicos y de laboratorio, lo cual requiere profesionales médicos capacitados e infraestructura compleja. En entornos de bajos recursos, que son justamente los más afectados por la neumonía, no se cuenta con acceso a rayos X. El diagnóstico oportuno es uno de los principales retos a enfrentar para llegar a su correcto tratamiento. Por lo tanto, el desarrollo de nuevas técnicas de detección y diagnóstico es de crucial importancia. Este proyecto propone investigar el uso de técnicas avanzadas en formación de imágenes ultrasónicas en combinación con algoritmos de procesamiento de imágenes para la detección de neumonía en niños. Se espera que como resultado de la investigación se pueda proponer el desarrollo de un dispositivo ultrasónico de bajo costo que de una señal de alarma cuando detecta consolidados pulmonares (neumonía); proporcionando de esta manera, un diagnóstico con alta sensibilidad, adecuado, rápido, de bajo costo y fácil de usar. De esta manera, se desarrolla tecnología para mejorar la salud infantil en el Perú y se impulsa la carrera de ingeniería biomédica en la PUCP en colaboración con las Universidades de Tulane, John Hopkins y UPCH.
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El sobrepeso y obesidad son condiciones con tasas de incidencia elevadas y en aumento tanto en Latinoamérica como en Perú. Una enfermedad asociada a estas condiciones es la enfermedad del hígado graso no alcohólico (NAFLD por sus siglas en inglés), la cual consiste en la degeneración de la estructura hepática como consecuencia del depósito de grasas sin la presencia de consumo excesivo de alcohol. NAFLD puede desencadenar en condiciones mortales como cirrosis y carcinoma hepatocelular, y por lo tanto su detección y diagnóstico es un problema clínico altamente relevante. Las técnicas existentes de diagnóstico de esta enfermedad (i.e., biopsia, evaluaciones de laboratorio y radiología) sufren de limitaciones y por tanto el desarrollo de herramientas de diagnóstico alternativas tiene un potencial impacto clínico. Una herramienta con potencial para el diagnóstico de NAFLD es el ultrasonido cuantitativo (QUS por sus siglas en inglés). QUS agrupa un conjunto de técnicas diseñadas para estimar parámetros intrínsecos de tejidos utilizando ondas ultrasónicas. Lamentablemente, los métodos QUS suelen estar basados en modelos simples de propagación que no consideran efectos como la aberración, i.e., la distorsión del frente ultrasónico al propagarse en medios heterogéneos. Por lo tanto, el diagnóstico de NAFLD usando QUS se ve comprometido en poblaciones de alto riesgo como pacientes obesos debido a la aberración causada por la abundancia de tejido graso abdominal. Con la meta final de extender la aplicabilidad de QUS al manejo clínico de NAFLD, el presente estudio tiene como objetivos principales: (1) analizar la sensibilidad de diferentes parámetros QUS (i.e., coeficientes de retro-dispersión, coeficiente de atenuación, y módulos de corte y viscosidad) a la aberración, y (2) usar técnicas de corrección de aberración para mejorar el desempeño de QUS en presencia de caminos de propagación heterogéneos.
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