A signal conditioning system for FEDSA signals

Jerez Vera, Julián Eduardo

A signal conditioning system for FEDSA signals

dc.contributor.advisor	Miranda Mercado, David Alejandro
dc.contributor.advisor	Pertuz Arroyo, Said David
dc.contributor.author	Jerez Vera, Julián Eduardo
dc.contributor.evaluator	Fernández Pinto, Janeth
dc.contributor.evaluator	Barrero Pérez, Jaime Guillermo
dc.date.accessioned	2024-11-15T15:56:39Z
dc.date.available	2024-11-15T15:56:39Z
dc.date.created	2024-11-12
dc.date.embargoEnd	2026-11-12
dc.date.issued	2024-11-12
dc.description.abstract	El cribado del cáncer de mama se define como la realización de pruebas a las mujeres antes de la aparición de síntomas perceptibles. Recientemente han surgido nuevas modalidades de imagen además de las técnicas tradicionales de cribado del cáncer de mama, como la mamografía o la ecografía. En el estado del arte se ha estudiado la detección del \textit{efecto de campo} para detectar precozmente anomalías relacionadas con el cáncer. Este efecto puede entenderse como una amplificación de la anomalía bioquímica inducida por las células cancerosas y presente, incluso, en células sanas en las regiones circundantes. La Detección del Efecto de Campo por Análisis Espectral (FEDSA, por sus siglas en inglés) es una tecnología innovadora descrita por una patente desarrollada en la Universidad Industrial de Santander para la detección de anomalías en el tejido mamario. Se basa en la detección del efecto de campo midiendo luz retrodispersada por el tejido mamario después de ser iluminado con luz infrarroja cercana. Las señales obtenidas con esta tecnología poseen un comportamiento aleatorio debido a la interacción de las partículas en el medio celular del tejido mamario, modelado por medio del movimiento browniano. FEDSA ha mostrado resultados prometedores en la detección de anomalías en la mama en estudios en mujeres. Sin embargo, las señales obtenidas con FEDSA pueden ser afectadas por ruido, lo que limita su precisión. Este trabajo presenta el desarrollo de un sistema de acondicionamiento de señales analógicas para mejorar la calidad de las señales de FEDSA. El sistema consiste en una etapa de filtrado analógico para evitar el fenómeno de aliasing y una etapa diferenciadora basada en un amplificador de instrumentación. Para la evaluación experimental del sistema, se utilizaron dos demonios de Maxwell implementados en la configuración propuesta por Freitas y Exposito para emular las señales obtenidas de la luz retrodispersada por el tejido mamario. Los demonios de Maxwell corresponden a un diseño circuital basado en tecnología CMOS que permite generar señales aleatorias de distribución normal, similar al observado a las señales obtenidas con FEDSA. Las señales se digitalizaron con el sistema de adquisición digital DT9816-S, con el cual se hicieron mediciones a 400 kHz de frecuencia de muestreo. Para evaluar el desempeño de los sistemas de acondicionamiento se utilizaron pruebas de aleatoriedad y normalidad. Se evidenció que el sistema desarrollado obtuvo resultados satisfactorios en términos de la conservación de los parámetros que caracterizan la distribución de probabilidad de las señales como lo son la media y la desviación estándar. El desarrollo de un sistema de acondicionamiento de señales para FEDSA podría mejorar significativamente la precisión de esta técnica para la detección del riesgo de cáncer de mama.
dc.description.abstractenglish	Breast cancer screening is defined as the test of women before the appearance of noticeable symptoms. Recently, new imaging modalities have emerged alongside traditional breast cancer screening techniques such as mammography or ultrasound. In the state of the art, the detection of the \textit{field effect} has been studied for the early detection of cancer-related anomalies. The field effect can be understood as an amplification of biochemical abnormalities induced by cancerous cells that are present even in healthy cells in the surrounding regions. Field Effect Detection by Spectral Analysis (FEDSA) is an innovative technology described by a patent developed at the Universidad Industrial de Santander for the detection of abnormalities in breast tissue. This technology is based on the detection of the field effect by measuring the light backscattered by the breast tissue after being irradiated with near-infrared light. The signals obtained with this technology exhibit random behavior due to the interaction of particles in the cellular medium of breast tissue, modeled through Brownian motion. FEDSA has shown promising results in detecting breast abnormalities in studies in women. However, the signals obtained with FEDSA can be affected by noise, which limits their accuracy. This work presents the development of an analog signal conditioning system to improve the quality of FEDSA signals. The system consists of an analog filtering stage to avoid aliasing phenomena and a differentiation stage based on an instrumentation amplifier. For the experimental evaluation of the system, two Maxwell demons were employed, implemented in the configuration proposed by Freitas and Exposito, to emulate the signals obtained from light backscattered by breast tissue. Maxwell's demons correspond to a circuit design based on CMOS technology that allows the generation of random signals with a normal distribution, similar to those observed with FEDSA signals. The signals were digitized with the DT9816-S digital acquisition system, which performed measurements at a sampling frequency of 400 kHz. To evaluate the performance of the conditioning systems, randomness and normality tests were used. The developed system demonstrated satisfactory results in terms of preserving the parameters that characterize the probability distribution of the signals, such as the mean and standard deviation. The development of a signal conditioning system for FEDSA could significantly improve the precision of this technique for the detection of breast cancer risk.
dc.description.degreelevel	Maestría
dc.description.degreename	Magíster en Ingeniería Electrónica
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/44754
dc.language.iso	eng
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program	Maestría en Ingeniería Electrónica
dc.publisher.school	Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones
dc.rights	info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Demonio de Maxwell
dc.subject	Distribución normal
dc.subject	FEDSA
dc.subject	Sistema de acondicionamiento
dc.subject	Señales aleatorias
dc.subject.keyword	Conditioning System
dc.subject.keyword	FEDSA
dc.subject.keyword	Maxwell Demon
dc.subject.keyword	Normal Distribution
dc.subject.keyword	Random Signals
dc.title	A signal conditioning system for FEDSA signals
dc.title.english	A signal conditioning system for FEDSA signals
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría