Tomografía de microondas

Abstract

En este trabajo se estudió la factibilidad de la detección de cambios en las propiedades dieléctricas del hueso calcáneo mediante la medición de amplitud de microondas en un arreglo tomográfico de antenas monopolo. Con este fin, se llevaron a cabo análisis de sensibilidad local y global desde el punto de vista del problema electromagnético directo. La principal conclusión es que efectivamente es posible detectar, con equipos disponibles en la actualidad, cambios en las propiedades dieléctricas del hueso mediante mediciones de amplitud de campo eléctrico en arreglos tomográficos de microondas. En particular estos análisis muestran que el talón humano puede ser modelado a nivel de sus propiedades dieléctricas, como dos medios: calcáneo y tejido circundante. Basados en estos resultados, y a fin de implementar el problema electromagnético inverso, se estudiaron distintos modelos de redes neuronales artificiales como estimadores de parámetros dieléctricos y geométricos de dispersores cilíndricos homogéneos y heterogéneos, tanto bidimensionales como tridimensionales contenidos en un arreglo tomográfico similar al usado para el problema directo. Encontramos factibilidad en el uso del método, incluso para situaciones de alto contraste dieléctrico, donde los algoritmos más simples fallan. Esto sin mencionar que dichos algoritmos, a diferencia de los basados en redes neuronales artificiales, requieren en su mayoría información de ambos, amplitud y fase, para el proceso de inversión. Este resultado establece un método novedoso de calibración y medición de muestras a partir de información de amplitud de microondas, basado en redes neuronales artificiales. Aplicamos el método al problema de la reconstrucción de las propiedades dieléctricas y geométricas del calcáneo, concluyendo que con estas técnicas de redes neuronales y a partir de información de sólo la amplitud del campo eléctrico, es posible estimar de manera precisa la posición y el tamaño de este tejido y también, aunque con menor precisión, sus propiedades dieléctricas. En particular, el método resulta útil para estimar las propiedades dieléctricas del tejido alrededor del calcáneo, lo cual serviría para acelerar de manera significativa algoritmos iterativos determinísticos clásicos diseñados con ese fin.