Des de la invenció del microscopi al segle XVII, l’ús de tecnologies d’imatge ha estat fonamental per a l’estudi de teixits biològics. Al llarg dels segles, s’han anat desenvolupant i implementant noves tecnologies d’imatge per tal de millorar la visualització del teixits biològics i facilitar la comprensió de la seva estructura a partir de la mesura d’algunes de les seves propietats físiques. En aquest context, la polarimetria és una interessant tècnica òptica no invasiva que s’ha utilitzat per a la millora d’imatges en diversos camps com l’astronomia, la teledetecció i la caracterització de materials. A més, la polarimetria es pot combinar amb altres tècniques òptiques per millorar, encara més, la visualització de mostres. La polarimetria compren un conjunt de mètodes òptics basats en mesurar la polarització de la llum i com aquesta varia a l’interactuar amb les mostres. En aquesta tesi, s’estudien, s’implementen experimentalment i s’apliquen per primera vegada en l’anàlisi de teixits biològics alguns mètodes polarimètrics recentment proposats en la literatura (així com de nous) per tal de millorar la visualització de teixits animals i vegetals. En l’àmbit de la biomedicina, el potencial d’utilitzar la polarització està demostrat en una gran varietat d’estudis. Aquests estudis solen basar-se en dos grups de tècniques polarimètriques: tècniques anomenades Portes de Polarització (de l’anglès “Polarization Gating”) i tècniques basades en la matriu de Mueller. En aquesta tesi, s’investiga la relació que hi ha entre aquests dos grups de tècniques polarimètriques i proposem un nou mètode polarimètric més general que permet analitzar diferents configuracions de “Polarization Gating” a partir de la mesura experimental d’una sola matriu de Mueller. Respecte els estudis biomèdics basats en la matriu de Mueller, diferents propietats polarimètriques (diatenuació, retard i despolarització) són analitzades en base a observables per tal d’obtenir informació física relacionada amb l’estructura dels teixits biològics i també per incrementar la seva visualització. En aquests estudis, el retard és analitzat en profunditat mitjançant la descomposició de Lu-Chipman i el càlcul del retard lineal, el retard circular, i l’orientació de l’eix ràpid, entre d’altres. En canvi, l’anàlisi de la despolarització es restringeix al càlcul d’observables que quantifiquen la despolarització global de les mostres i no permeten l’estudi d’informació més específica, com poden ser possibles anisotropies en aquest procés de despolarització. Per aquest motiu, en aquesta tesi s’estudien diferents observables que descriuen amb més detall les propietats de despolarització de la mostra per, posteriorment, ser aplicats per millorar la visualització dels teixits animals mesurats. En aquest sentit, uns observables anomenats Índexs de Puresa Polarimètrica (de l’anglès “Indices of Polarimetric Purity”) són aplicats en l’estudi de teixits d’origen animal. Aquests observables són utilitzats per millorar la visualització dels teixits, revelant certes estructures ocultes en els canals de despolarització estàndard, i també per classificar diferents teixits d’origen animal amb una millor eficiència. Finalment, també estudiem l’ús de la polarització per a l’anàlisi de teixits d’origen vegetal. A diferència dels teixits d’origen animal, la polarimetria és molt menys utilitzada en l’anàlisi de plantes, sent els mètodes basats en la matriu de Mueller molt poc usats. Per aquesta raó, en aquesta tesi s’estudia el potencial de la polarimetria de Mueller per a l’anàlisi de teixits d’origen vegetal i es comparen els resultats amb els obtinguts amb algunes tècniques polarimètriques i no polarimètriques comunament utilitzades. Com a resultat, la polarimetria de Mueller és un mètode polarimètric òptim per a l’obtenció d’imatges de teixits d’origen vegetal que, a més a més, es pot utilitzar com una eina complementària a les altres tècniques òptiques no polarimètriques.
Polarimetric methods for the image enhancement in biological applications
van Eeckhout Alsinet, A. (Autor). 22 de set. 2021
Tesi d’estudis: Tesi doctoral
Tesi d’estudis: Tesi doctoral