Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Datasheet componente electrico
Tipo: Diapositivas
1 / 97
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
i
Trabajo de titulación previo a la obtención del título de Ingenieros en Mecatrónica AUTORES: JONATHAN XAVIER QUIROZ GÓMEZ LUIS ESTEBAN VELOZ HIDALGO TUTOR: FABIÁN RODRIGO NARVÁEZ ESPINOZA Quito - Ecuador 2023
ii
Nosotros, Jonathan Xavier Quiroz Gomez con documento de identificación N°: 1751037878 y Luis Esteban Veloz Hidalgo con documento de identificación N°: 1805294673 manifestamos que: Somos los autores y responsables del presente trabajo, por lo que autorizamos a que sin fines de lucro la Universidad Politécnica Salesiana pueda usar, difundir, reproducir o publicar de manera total o parcial el presente trabajo de titulación. Quito, 3 de marzo de 2023 Atentamente,
iv
Yo, Fabián Rodrigo Narváez Espinoza con documento de identificación N°:01036 74677 docente de la Universidad Politécnica Salesiana, declaro que bajo mi tutoría fue desarrollado el trabajo de titulación: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE MICROSCOPIA ROBOTIZADA PARA PATOLOGÍA VIRTUAL , realizado por Jonathan Xavier Quiroz Gomez con documento de identificación N°:1751037878 y por Luis Esteban Veloz Hidalgo con documento de identificación N°: 1805294673 , obteniendo como resultado final el trabajo de titulación bajo la opción de un Dispositivo tecnológico que cumple con todos los requisitos determinados por la Universidad Politécnica Salesiana. Quito, 3 de marzo de 2023 Atentamente,
v
Agradezco a Dios por darme fortaleza, valor y sabiduría para superar los obstáculos que se han presentado a lo largo de mi vida tanto a nivel personal como educativo. Agradezco a mis padres por darme la vida y la oportunidad de estudiar una carrera universitaria, porque gracias a su apoyo incondicional y los consejos que he recibido por parte de ellos he logrado seguir adelante a pesar de los obstáculos y dificultades. A la Universidad Politécnica Salesiana por abrirme sus puertas y especialmente a los docentes del área de mecatrónica que gracias a sus enseñanzas me ayudaron a crecer tanto a nivel personal como profesional, debido a que esto me mostrara el camino que debo seguir en mi vida laboral. Jonathan Xavier Quiroz Gomez Agradezco a mi familia por el apoyo incondicional que me brindan día a día, ya que ellos son la principal razón por la cual he cumplido mis objetivos. A la Universidad Politécnica Salesiana por brindarme los conocimientos necesarios que serán de gran ayuda dentro de mi vida profesional. Luis Esteban Veloz Hidalgo
vii
I. CERTIFICADO DE RESPONSABILIDAD Y AUTORÍA DEL TRABAJO DE TITULACIÓN .............. II II. CERTIFICADO DE CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN A LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA ........................................................................................................ III III. CERTIFICADO DE DIRECCIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN .....................................................IV IV. AGRADECIMIENTO............................................................................................................................................ V V. DEDICATORIA ....................................................................................................................................................VI VI. ÍNDICE DE CONTENIDO ................................................................................................................................ VII VII. ÍNDICE DE TABLAS ...........................................................................................................................................IX VIII. ÍNDICE DE1. FIGURAS ....................................................................................................................................... X IX. RESUMEN ......................................................................................................................................................... XIII X. ASBTRACT.........................................................................................................................................................XIV XI. INTRODUCCION ............................................................................................................................................... XV
1. CAPITULO 1 .............................................................................................................................................................. 1 1.1 MICROSCOPIA VIRTUAL .................................................................................................... 1 1.1.1 Clasificación de los sistemas de microscopia virtual dinámica robotizada .......................... 4 1.1.2 Tipos de Microscopios ......................................................................................................... 4 1.1.3 Microscopios digitales robotizados con cámaras ................................................................. 6 1.1.4 Escáner de placas histológicas ............................................................................................ 6 1.1.5 Componentes de un sistema de microscopia robotizada ....................................................... 7 1.1.6 Software de procesamiento y visualización de imágenes .................................................... 12 2. CAPÍTULO 2....................................................................................................................................................... 14 2.1 ANÁLISIS Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO .......................................... 14 2.1.1 Análisis de alternativas ..................................................................................................... 14 2.1.2 Evaluación y selección de alternativas de diseño. .............................................................. 18
x
xiii
Este trabajo presenta el diseño y construcción de un sistema de robotización del microscopio Nikon eclipse e200, el cual se controla de manera remota los movimientos de la platina porta objetos y captura imágenes digitales de una placa histológica. Para tal efecto, el sistema consiste en dos etapas: una mecatrónica y una visual-óptica, respectivamente. La etapa mecatrónica está constituida de un sistema de control de posicionamiento de la platina porta objetos del microscopio en los ejes XYZ, los mismos que son controlados con motores mediante un sistema embebido en conjunto con un módulo de drivers para cada eje, respectivamente. La etapa visual-óptica permite la adquisición, captura y visualización de la muestra histológica contenida en una placa portaobjetos. La adquisición es conseguida mediante el acople al microscopio de una cámara digital de alta resolución ( 6 .3 megapíxeles de resolución), la misma que captura imágenes en forma de cuadros (tills) para construir la imagen completa conocida como WSI (Whole Slide Image). Finalmente, la visualización de las imágenes se presenta sobre un visor implementado en un servicio web mediante una arquitectura Cliente-Servidor. Las pruebas y evaluación de la etapa mecatrónica, como de la etapa de visualización, determinaron la efectividad del sistema integrado, el mismo que puede ser implementado como un recurso de bajo costo para aplicaciones de microcopia virtual. Palabras claves: Mecatrónica, Microscopia virtual, patología virtual, imágenes histológicas.
xiv
This work presents the design and construction of a robotic system for the Nikon eclipse e200 microscope, with which the movements of the object slide are remotely controlled, and digital images of a histological plate are captured. For this purpose, the system consists of two stages: a mechatronic and a visual-optical, respectively. The mechatronic stage is made up of a positioning control system for the microscope object-holder stage in the XYZ axes, which are controlled with motors through an embedded system together with a driver module for each axis, respectively. The visual-optical stage allows the acquisition, capture and visualization of the histological sample contained in a slide. The acquisition is achieved by coupling a high- resolution digital camera (6.3-megapixel resolution) to the microscope, which captures images in the form of frames (tills) to build the complete image known as WSI (Whole Slide Image). Finally, the visualization of the images is presented on a viewer implemented in a web service through a Client-Server architecture. The tests and evaluation of the mechatronic stage, as well as the visualization stage, determined the effectiveness of the integrated system, which can be implemented as a low-cost resource for virtual microcopy applications. Keywords: Mechatronic, Virtual microscopy, virtual pathology, histological images.
xvi sanitario, usualmente el flujo de trabajo de los expertos demanda varias horas frente a un microscopio, produciendo fatiga en su vista, cuello y espalda debido a los movimientos realizados durante la exploración de una placa. Estos factores, afectan a la precisión de los resultados [4]. Actualmente, existen microscopios que reducen la intervención humana, mediante sistemas robotizados, un área conocida como microscopia virtual. Estos dispositivos robotizados controlan los movimientos en los diferentes ejes de referencia de la platina del microscopio óptico convencional y automatiza la adquisición y visualización de los campos visuales sobre un patrón predeterminado con la ayuda de un computador, información que puede ser almacenada [4]. Básicamente, los microscopios robotizados capturan imágenes que se proyectan a través de su óptica reduciendo el trabajo para el personal de laboratorio, pero tiene un costo elevado, superior a los 6 0000 dólares [5], tecnología que no es accesible para todos los laboratorios de mediana y pequeña capacidad de atención. Por otro lado, muchos sistemas robotizados no cuentan con una arquitectura abierta que permita adaptabilidad y escalabilidad para los diferentes tipos o marcas de microscopios existentes en el mercado, lo que abre un extenso debate acerca de la implementación de microscopia virtual para soportar los procesos diagnosticas en esta área de aplicación. En el Ecuador existe un gran déficit de patólogos expertos para cubrir las exigencias del sistema sanitario, además de la falta del uso de estrategias de microscopía virtual para soportar los procesos diagnósticos de las diferentes patologías [6]. Actualmente, son escasos los sistemas de microscopia virtual que se han promovido en escenarios clínicos de diferente nivel de asistencia, y si existen, representan altos costos. Por lo tanto, el flujo de trabajo en esta área es muy alto que provoca demora en la emisión de resultados diagnósticos, altera la precisión de los resultados y aumenta la demanda de
xvii patólogos expertos en todos los centros clínicos, lo que formula la siguiente pregunta de investigación. ¿Cómo mejorar el flujo de trabajo en microscopia en laboratorios clínicos de diferente nivel y con reducidos costos que sea adaptable a un microscopio convencional? Con el desarrollo de este proyecto, se plantean las premisas necesarias para dar respuesta a la pregunta previamente planteada, para lo cual se ha propuesto el diseño y construcción de un prototipo robotizado de microscopia virtual de bajo costo que pueda ser implementada en los hospitales pequeños y medianos del país, mejorando el tiempo de análisis de muestras, reduciendo el flujo de trabajo y facilitando los accesos inclusive de manera remota (virtual) para la interpretación de este tipo de información clínica, además que sea controlado a distancia. La eficacia del sistema de microscopia robotizada depende en gran medida de la plataforma virtual de control mediante la cual determinar el proceso de controla la posición, la adquisición y visualización de la plata porta objetos como imágenes histológicas, esto debido a que la plataforma permite mover los motores de los tres ejes y a su vez capturar las imágenes de la cámara del microscopio. Para el diseño del sistema se han tomado en consideración algunos parámetros y cálculos pertinentes que permitan que mecánicamente el sistema funcione de una manera adecuada en cuanto a la trasmisión de movimiento generado por los elementos mecánicos correspondientes. Por otro lado, para el sistema electrónico y de control, el desarrollo integra un sistema embebido para controlar los movimientos de motores acoplados en los ejes X, Y, Z. Finalmente, la información visual de las láminas es capturada mediante una cámara conectada un computador con el software y hardware correspondiente. Esto brinda la
1
La microscopia virtual es un área activa de investigación, que busca generar herramientas computacionales para la adquisición, digitalización e interpretación de placas histológicas, apoyando al flujo de trabajo de los patólogos durante los procesos diagnósticos. Los progresos tecnológicos en esta área de conocimiento han dado lugar a sub-áreas como la tele-patología, la misma que permite la interpretación, visualización y consenso entre varios expertos a la vez, desde diferentes lugares geográficos, además permite la reducción de costos de movilización y también facilita la formación y entrenamiento de nuevos profesionales en este campo médico [7]. La microscopía virtual se ha dividido en dos tipos de estrategias: estática y dinámica. La estrategia estática requiere de un personal capacitado para seleccionar manualmente los campos de interés de la muestra para que sea analizada por el patólogo. Los requerimientos técnicos de esta estrategia se basan en la captura de la imagen del área de interés, para luego ser compartida por cualquier medio digital [8]. Pero esta microscopia virtual estática con el paso de los años y con los avances tecnológicos va desapareciendo debido a que los patólogos actualmente prefieren ver las imágenes de una placa en tiempo real y luego buscar los detalles de interés [9][10]. Por otro lado, la estrategia dinámica requiere de la visualización de la placa histológica en tiempo real de forma remota para que el especialista pueda explorar dentro de un campo visual, lo que reduce el personal de trabajo ya que solo se requiere de un solo experto para esta tarea. Los requerimientos técnicos para este tipo de estrategia son más altos, los que incluyen: el uso de un sistema de navegación libre, sistemas robotizados,
2 mecanismos de visualización digital y trasmisión de datos a través de canales de comunicación con el adecuado ancho de banda para trasmitir las imágenes [7]. Este tipo de sistemas dinámicos se divide en dos tipos de microscopios virtuales dentro de los cuales se tiene los robotizados y los no robotizados. Sistema de microscopia dinámico no robotizado Este tipo de sistema se lleva a cabo mediante la manipulación de un microscopio óptico trinocular tradicional conectado a una cámara que proyecta la imagen de la lámina histológica en un monitor el cual es controlado por un experto que es capaz de manipular la platina del mismo y seleccionar la imagen a visualizar la cual puede ser compartida mediante un servicio web de manera simultánea con otros especialistas que estén alejados geográficamente [8]. Sistema de microscopia dinámico robotizado La creciente necesidad por la automatización de procesos ha dado lugar que varios campos tecnológicos de la actualidad mejoren sus procesos de producción y obtención de información, como es el caso de la microscopia virtual robotizada, la cual emula un microscopio convencional, con el objetivo de visualizar las diferentes regiones de una placa que posteriormente es procesada en un computador para ser vista en un dispositivo de visualización o monitor [4][11]. Esto permite una interacción profunda del especialista al momento de observar la información, además de automatizar el proceso de desplazamiento en los tres grados de libertad, para que se pueda navegar sobre la placa portaobjetos. Este tipo de sistemas tiene en cuenta los diferentes tipos de usuarios, debido a que cada especialista tiene una forma diferente de interactuar, por lo que debe adaptarse a las
