Posgrado en Ciencias Físicas, UNAM

Se describen proyectos de investigación
abiertos a recibir nuevos estudiantes

Contenido no-lineal en registros de variabilidad de la frecuencia cardiaca y sus aplicaciones clínicas
Dra Hortensia González Gómez, Coordinadora Taller de Biofísica Funcional, Facultad de Ciencias, UNAM, hortecgg@ciencias.unam.mx - 2022

https://fisica.fciencias.unam.mx/profesores/mat_aux/TallerBFuncional2022.pdf

La Variabilidad de la Frecuencia Cardiaca (VFC) es la oscilación en intervalos consecutivos de latidos cardiacos, se debe a la regulación efectuada por la inervación autonómica del sistema cardiovascular a través de sus dos ramas y mediada por baroreceptores y quimioreceptores. La VFC se considera una ventana hacia la modulación autonómica sobre el sistema cardiovascular. Métodos de estudio: pueden ser lineales en el dominio temporal, media de los intervalos RR, SDNN desviación estándar de los intervalos RR, SDSD: desviación estándar de las diferencias sucesivas, pNN20: porcentaje de latidos consecutivos diferentes en más de 20 ms. En el dominio de frecuencias: FFT. Las frecuencias bajas se asocian a influencias de S. Simpático y las altas frecuencias con el S. Parasimpático. Las limitaciones de la linealidad, series de datos muy diferentes tienen los mismos parámetros estadísticos, como media y varianza. Métodos no lineales: Las Gráficas de Recurrencias (RP, en inglés), con una representación bidimensional de las estados dinámicos recurrentes en la trayectoria reconstruida en un espacio de fases para la serie de datos. Se puede hacer un análisis cuantitativo basado en la estadística de los puntos en la RP, sus líneas diagonales, verticales y puntos aislados (RQA). ¿Los índices de RQA realmente reflejan información no-lineal? Al realizar por primera vez para RP un análisis de datos subrogados empleando Iterative Amplitude Adjusted Fourier Transform (IAAFT) y con la Transformada de Fourier Iterativa Aplicada a Ondulines Fijos – PWIAAFT-, para considerar la no estacionariedad de los datos*. Hemos encontrado que en el contexto de series de tiempo cortas, ruidosas y no estacionarias, las RP identifican propiedades no-lineales. Al aplicar este análisis a pacientes con Enfermedad Renal Crónica Terminal (ERCT), se encontró que la respuesta ante el reto ortostático activo es heterogénea pero disminuida; los pacientes con ERCT que presentaron hipotensión arterial tienen un respuesta débil ante el reto ortostático antes y después de la hemodiálisis (HD), en comparación con los sujetos que no presentaron hipotensión. La VFC se encuentra disminuida durante la HD en pacientes con hipotensión, así como en el periodo cercano al episodio de hipotensión. Estas diferencias podrían utilizarse para anticipar los eventos de hipotensión**.Estos resultados son muy alentadores pues ahora sabemos que podemos detectar propiedades no-lineales en las series de datos de registros de ECG, utilizando RQA y que puede ser de utilidad para reconocer tempranamente aliteraciones fisiopatológicas. Ahora estamos interesadas(os) en trabajar este tipo de análisis en: 1) pacientes con ERCT que obtuvieron un trasplante de riñón recientemente 2) pacientes que sufren de estenosis valvular ; 3) pacientes sometidas a tratamiento por cáncer de mama; 4) acoplamiento cardio-respiratorio empleando un análisis de Recurrencias Conjuntas (JR). *Martín Calderón-Juárez, Gertrudis Hortensia González Gómez, y cols. Recurrence Quantitative Analysis of Wavelet-Based Surrogate Data for Nonlinearity Testing in Heart Rate Variability. Front. Physiol., 2022. **Martin Calderón-Juárez; Dafne Gutiérrez; Gertrudis Hortensia González Gómez y cols. Recurrence plot analysis of heart rate variability in end-stage renal disease treated twice weekly by hemodialysis with or without intradialytic hypotension. The European Physical Journal Special Topics, en arbitraje


Cuatro proyectos de tesis para radioterapia con haz externo y braquiterapia
M en C Evangelina Figueroa, Centenario Hospital Miguel Hidalgo y Corporación Oncológica México-Americana, Aguascalientes, AGS. evangelinafm@hotmail.com - 2022

Proyecto 1. Estimación de riesgos en pacientes con Radioterapia. En los últimos años se ha incrementado el uso del hipofraccionamiento en radioterapia, lo que significa reducir el número de sesiones de tratamiento y aumentar la dosis impartida en cada una. Se pretende calcular la dosis homogénea equivalente en órganos de riesgo y estimar así el aumento de probabilidad de aparición de un segundo cáncer causado por radioterapia, respecto a la población en general. Se utilizará un modelo matemático que incorpora el impacto del fraccionamiento para estimación del riesgo utilizandlo distribuciones de dosis heterogéneas de pacientes reales tratados con radioterapia en los últimos años. Proyecto 2. Diferencias dosimétricas entre patrones basados en dosis absorbida en agua y kerma en aire en la calibración de haces de kilovoltaje para radioterapia. Los haces de rayos X de baja energía (<100 kVp) presentan varios desafíos dosimétricos que deben abordarse. Los protocolos de calibración recomiendan diferentes medios en los que se deben realizar las mediciones. Los factores de calibración para los dosímetros de referencia se pueden proporcionar en términos de kerma en aire o dosis absorbida en agua, según el medio en el que se realicen. Actualmente, las recomendaciones del TG-61 de la AAPM (basadas en kerma en aire) y el código de práctica TRS-398 de del OIEA (basado en dosis absorbida en agua) son los protocolos utilizados con mayor frecuencia para la dosimetría de haces de rayos X de baja energía. Se compararán ambos protocolos de dosimetría tomando en cuenta diversos factores de corrección y sus respectivas incertidumbres. Proyecto 3. Comisionamiento de aplicadores no convencionales en Braquiterapia. El alcance de este proyecto es la implementación de aplicadores no convencionales para el tratamiento de cánceres poco profundos como son los de cabeza y cuello y algunos sarcomas con braquiterapia de alta tasa de dosis utilizando un cargador diferido modelo Bravos con 192Ir. La braquiterapia más común es la intracavitaria para cáncer cérvico-uterino (cacu), por lo que este proyecto agregaría la capacidad de brindar tratamientos con braquiterapia de superficie e intersticial permitiendo opciones de tratamiento alternativas que no están disponibles en la región. Se realizará la puesta en marcha de los aplicadores y la verificación dosimétrica del recorrido de la fuente utilizando películas radiocrómicas. Se determinará la localización y reproducibilidad del aplicador entre fracciones, junto con las profundidades y dosis de prescripción típicas. Lo anterior para desarrollar técnicas de planificación de tratamientos para facilitar su implementación clínica. Proyecto 4. Comisionamiento de un acelerador lineal y sistema de planificación de tratamientos para su uso en técnicas no convencionales. La puesta en marcha de un acelerador lineal comienza por la aplicación de técnicas convencionales como 3D-CRT para gradualmente incrementar la complejidad de éstas y llegar a aprovechar al máximo su capacidad tecnológica con técnicas no convencionales como radioterapia estereotáctica craneal (SRT) y extracraneal (SBRT). Se pretende validar el sistema de planificación de tratamientos con pruebas de puesta en marcha del sistema SBRT/SRT, incluida la validación de la precisión del sistema de planificación del tratamientos con campos pequeños y heterogeneidades de tejidos, la precisión de la entrega de dosis con pruebas de extremo a extremo (“end-to-end tests”) y la calidad y precisión del sistema de guiado por imágenes del acelerador lineal.


Aplicaciones del procesamiento y análisis de imágenes en biomedicina y física médica: Un enfoque morfológico.
Dr. Jorge Márquez, Coordinador del Laboratorio de Análisis de Imágenes, Visualización y Bioonformática, ICAT-UNAM, 56 22 86 02 ext 1124. jorge.marquez@icat.unam.mx - 2022

https://www.icat.unam.mx/analisis-de-imagenes-y-visualizacion-y-bioinformatica/

En diferentes colaboraciones en Biomedicina y Física Médica hemos desarrollado técnicas de procesamiento y análisis de imágenes en dos y tres dimensiones, obtenidas con distintas modalidades de adquisición, como fotos de crio-tomías, rostros u otras partes del cuerpo humano, imágenes de microscopía óptica, tomografías, ultrasonido, resonancias magnéticas, etc. Las aplicaciones han dado lugar a tesis en citología celular, histología, antropometría craneofacial, mamografía y problemáticas en imagenología cerebral, en particular en el estudio de circunvoluciones y morfometría de la corteza cerebral. Para esto las técnicas ya desarrolladas analizan principalmente descriptores morfológicos y texturales, además de las distribuciones de los atributos de intensidad, color, profundidad, transparencia, absorción y atenuación, espesor, distancias, etc. A partir de tales elementos se ha desarrollado en particular un enfoque morfológico que ha guiado diversos proyectos y temas de tesis. Un interés particular consiste en la medición de la dimensión fraccionaria en la corteza blanca de cerebros humanos, y aunque se obtuvieron algunos resultados en una tesis, se desea mejorar y extender este trabajo, en particular en el cálculo de la dimensión fractal de manera local y por métodos más confiables que los probados. La temática es muy amplia, aún concentrándose en el enfoque morfológico mencionado, y podría dar lugar a dos o más temas de tesis específicos, con el común denominador de conocer y aplicar conceptos y principios teóricos del procesamiento digital y estudio cuantitativo de imágenes en dos y tres dimensiones, así como el uso de herramientas para visualización científica. Para todo esto será importante la interpretación e interacción con especialistas de la disciplina donde interesan estos estudios, en particular biólogos, médicos y físicos médicos de las instituciones con quienes se ha contado o se cuenta con colaboraciones interdisciplinarias. El tesista contará con programas de procesamiento, análisis y visualización, así como formación en los tópicos de procesamiento de señales e imágenes, reconstrucción tridimensional, microscopia, programación, inteligencia artificial (en particular, redes neuronales) y sobre el tema de biología, biomedicina o física médica elegido para la aplicación.


Métricas de complejidad y técnicas avanzadas de radioterapia
Dra O Olinca Galván, Instituto Nac de Neurología y Radiocirugía, Cd Mx. olinca@ciencias.unam.mx - 2022

Las técnicas avanzadas de radioterapia exigen controles de calidad más estrictos, éstos aseguran que las distribuciones dosis generadas en el acelerador sean (casi) iguales a las calculadas por el sistema de planeación. Lo anterior se hace por medio de una prueba índice gamma. Las distribuciones de dosis pueden medirse con detectores propios del acelerador (como portal o EPID) o con externos como arreglos de detectores y/o películas radiocrómicas. Los detectores EPID tienen el inconveniente de que la vida útil es dependiente de la dosis depositada, los arreglos de detectores no siempre tienen la requerida resolución espacial y las películas radiocrómicas tienen el inconveniente de ser detectores pasivos, es decir que las variables medidas no son obtenidas inmediatamente si no que hay que darles un tiempo para estabilidad del color. Las métricas de complejidad son medidas cuantitativas que, como su nombre lo indican, miden si un plan puede considerarse complejo y que tanto lo es. Una métrica de complejidad es el índice de modulación (MCS, por sus siglas en inglés) que va de 0 a 1 donde 0 es un plan muy complejo y 1 es un campo cuadrado convencional (sin complejidad). En un primer trabajo se ha comenzado a asociar el MCS con la cantidad de puntos que pasan el índice gamma y lo que se busca es establecer un límite del MCS para determinar si vale la pena realizar el control de calidad, o bien repetir la optimización desde el sistema de planeación y ahorrar material y tiempo. En esta segunda etapa del proyecto se continuará con el trabajo estadístico para determinar la dependencia entre el MCS y la cantidad de puntos que pasan la prueba de índice gamma y se comenzará a trabajar con la modalidad de arcoterapia volumétrica de intensidad modulada (VMAT). Además se explorará la posibilidad de usar otro sistema de planeación y por lo tanto, otro algoritmo de optimización para la modulación de la fluencia y así determinar las variables que influyen el MCS y por lo tanto, la complejidad de un plan.


Caracterización de paneles de detectores de un equipo de mamografía por emisión de positrones (PEM)
Dr Héctor Alva Sánchez, Instituto de Física UNAM. halva@fisica.unam.mx - 2022

En el Instituto de Física, UNAM se está desarrollando un sistema de mamografía por emisión de positrones (PEM). Las imágenes de PEM se basan en la detección de fotones de 511 keV, resultado de la aniquilación electrón-positrón posterior a la administración de un fármaco marcado con un emisor de positrones. La detección de estos fotones requiere de dos paneles de detectores opuestos, formados por cristales centelladores acoplados a detectores de estado sólido, y con características físicas y tecnológicas específicas. Los paneles cubrirán un área de aproximadamente 17x17 cm2, para reducir el tiempo del estudio y la dosis administrada a la paciente. En este proyecto se evaluará la capacidad de los paneles de detección en cuanto a la calidad de imagen, incluyendo resolución espacial, contraste y ruido, y se caracterizarán experimentalmente otros parámetros de desempeño como tiempo muerto, tasas de conteo, eficiencia geométrica y eventos dispersados. Los resultados se compararán contra los obtenidos por simulaciones Monte Carlo realizadas previamente.


Redes reguladoras complejas en el estudio de la respuesta inmune
Dr Carlos Villarreal Luján , carlos@fisica.unam.mx - 2022

https://www.fisica.unam.mx/es/personal.php?id=98

La activación de los linfocitos T CD4 y sus funciones efectoras son centrales en la orquestación de la respuesta inmune específica hacia las infecciones asociadas a diferentes agentes patógenos, tales como virus, bacterias y hongos. Se sabe que múlltiples factores del hospedero tales como la edad, género, factores nutricionales, factores genéticos y comorbilidades previas, influyen en la respuesta inmune, haciendo evidente la complejidad de los eventos que derivan en la resolución o agravamiento de una infección. A este respecto, en conjunto con diversos grupos de investigadores, hemos desarrollado un modelo matemático basado en una red compleja que integra los eventos que determinan la función de los linfocitos T CD4. El modelo es capaz de reproducir el efecto de citocinas, nutrientes e hipoxia sobre la función linfocitaria, y ha producido resultados relevantes que se encuentran publicados en revistas especializadas. Con esta base, el presente proyecto propone un análisis integral de la dinámica de la respuesta inmune inducida por los virus de la influenza y el SARS-Cov-2, incorporando el efecto de los elementos del microambiente celular sobre la respuesta inmune y el curso de la infección. Asimismo, se plantea la construcción de subredes que describan la acción de otras células involucradas en la respuesta específica hacia estas infecciones, tales como los neutrófilos, macrófagos o linfocitos B asociados a las respuestas por anticuerpos. El proyecto contempla la colaboración de investigadores de los Institutos de Física y de Investigaciones Biomédicas la UNAM, así como del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (INER), para generar una herramienta computacional interactiva útil para la descripción integral de la respuesta inmune, permitiendo la exploración sistemática de las variables que promueven respuestas protectoras o inflamatorias exacerbadas, también denominadas ``tormentas de citocinas´´.


Estudios de conectividad funcional cerebral para investigar capacidades cognitivas y restauración psicológica (dos proyectos)
Dr Fernando Barrios, Instituto de Neurobiología UNAM, Juriquilla, QUE. barrios@inb.unam.mx - 2022

1. Proyecto en poblaciones control: Con base en datos de resonancia funcional en reposo de dos grupos distintos de adultos control (sanos) se propone estimar la evolución temporal de la conectividad funcional cerebral dinámica en las redes basal, ejecutiva y de atención en humanos. Este estudio se basará en estimación de propiedades topológicas de las redes de conectividad funcional cerebral. 2. Proyecto en poblaciones de adultos mayores: Con base en datos de resonancia funcional del estado en reposo de grupos de adultos mayores sanos y en riesgo de daño cognitivo leve, se estimara la conectividad funcional dinámica de cinco redes básicas de sistema cerebral humano, y se usaran sistemas de clasificación y aglomeración estadística para diferenciar las poblaciones.


CALMECAC: Un laboratorio de redes fisiológicas con perspectiva de género
Dra Ana Leonor Rivera, Instituto de Ciencias Nucleares y C3 UNAM, anarivera2000@gmail.com - 2022

Cada vez es más evidente que la salud fisiológica es el reflejo óptimo de mecanismos dinámicos de balance homeostático entre la robustez (parámetros fisiológicos caracterizados por un margen estrecho de variación y para los cuales existe un sensor dentro del sistema que asegura que el equilibrio se mantiene en un punto fijo) y la adaptabilidad a los cambios (ya sean en factores externos o en el medio interno), que pueden medirse por diversas señales (puntuales o de series de tiempo). Hay evidencia que estas señales pueden caracterizarse por biomarcadores que pueden diferir para mujeres y hombres, los cuales se modifican al sufrir alteraciones en la salud, ya sea debido a una enfermedad, fragilidad asociada con el envejecimiento o por enfrentar situaciones adversas como vivir en la calle; por lo que pueden utilizarse para valoración de tratamientos. Se buscan biomarcadores fisiológicos característicos de diferentes mecanismos homeostáticos en sujetos control (fisiológicamente sanos) para la población mexicana con una perspectiva de género. Para ello se adquirirán diversas señales fisiológicas simultáneamente para construir redes fisiológicas y se analizarán dichas señales con distintos métodos matemáticos.


Dos Proyectos: Cuantificación de captación tumoral en mamografía por emisión de positrones y Braquiterapia electrónica.
Dra Mercedes Rodríguez, Instituto de Física UNAM, mercedes@fisica.unam.mx - 2022

Proyecto 1: Cuantificación de Captación Tumoral en Mamografía por Emisión de Positrones. El objetivo de la medicina nuclear molecular, MNM, es producir imágenes con información cuantitativa de la concentración de actividad en diferentes tejidos. La mamografía por emisión de positrones (PEM) es una técnica de MNM diseñada y optimizada para estudios de mama, que utiliza arreglos de detectores formando paneles de área que comprimen ligeramente la mama, aumentando la sensibilidad de los estudios. Una característica de los estudios PEM es que la adquisición de datos es de ángulo limitado que, asociada a la falta de correcciones por diferentes efectos físicos, limitan la posibilidad de cuantificación. En este proyecto se realizarán estudios experimentales para la cuantificación de captación tumoral utilizando maniquíes de evaluación de calidad de imagen que simulan lesiones frías y calientes, así como el diseño y construcción de un maniquí antropomórfico de mama usando impresión 3D, con estructuras que simulen lesiones. Se propone el uso de 2 tipos de sistemas PEM para la adquisición de imágenes tomográficas, uno comercial y un prototipo desarrollado en el Instituto de Física de la UNAM. Proyecto 2: Braquiterapia electrónica para el tratamiento del cáncer de mama: Estudios dosimétricos. La braquiterapia electrónica (BE) es una técnica de radioterapia con rayos X de baja energía que puede utilizarse como coadyuvante para el tratamiento de cáncer de mama. A esta técnica se le conoce también como radioterapia intraoperatoria y consiste en impartir, en una sola sesión, una alta dosis de radiación en el lecho tumoral inmediatamente después de una intervención quirúrgica para retirar el tumor. El mayor reto que presenta esta técnica es impartir una alta dosis de radiación a los tejidos superficiales del lecho tumoral y la menor posible en los tejidos sanos circundantes. En este proyecto se propone realizar medidas de distribuciones de dosis en agua con películas radiocrómicas (de alta resolución espacial) con un sistema comercial de BE basado en aplicadores esféricos de diferente diámetro (de 1.5 cm hasta 5 cm). De particular interés es el estudio con aplicadores de diámetros menores o iguales a 3.0 cm, los cuales tienen una estructura que incluye un filtro de aluminio en su interior; esto modifica los gradientes de dosis y ha mostrado diferencias entre la dosimetría proporcionada por el fabricante y medidas independientes realizadas en nuestro laboratorio.


Topografía corneal basada en pantallas nulas cónicas
Dr. Manuel Campos-García, Departamento de Óptica, Microondas y Acústica, Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología, UNAM; y Laboratorio Nacional de Óptica de la Visión, LANOV-UNAM. manuel.campos@icat.unam.mx - 2022

En este proyecto se describe el desarrollo de sistemas para la evaluación de la forma de la córnea. Uno de los sistemas es un topógrafo corneal fijo cuyo tamaño es comparable con un topógrafo comercial y el otro es un topógrafo corneal compacto que se acopla a la cámara de un teléfono inteligente. Los topógrafos corneales están basados en pantallas nulas cónicas cuyo diseño se realiza considerando una córnea humana promedio. Con la finalidad de aumentar el área de evaluación y el muestro de la superficie corneal, la pantalla nula cónica se diseña con una novedosa distribución de puntos de tipo radial. Los topógrafos corneales propuestos son de bajo costo y de precisiones comparables con sistemas comerciales y son diseñados y construidos con el propósito de facilitar el diagnóstico y detección de problemas visuales que afectan a la población mexicana.


Dos proyectos: Imagenología en infrarrojo para diagnóstico de pie diabético; Imágenes de tomografía fotoacústica con perspectiva téorica y experimental
Dr Crescencio García Segundo, Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología UNAM - 2022

Pronto se informará sobre el proyecto.