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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.59.2015.tde-28052015-172233
Document
Author
Full name
Thiago Wellington Joazeiro de Almeida
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2015
Supervisor
Committee
Carneiro, Antonio Adilton Oliveira (President)
Bakuzis, Andris Figueiroa
Elias Júnior, Jorge
Félix, Rodrigo Pereira Barretto da Costa
Shimano, Antonio Carlos
Title in Portuguese
Sistema para análise viscoelástica de tecidos moles por ondas de cisalhamento usando excitação magnética e medida ultrassônica
Keywords in Portuguese
Caracterização de tecidos moles
Força magnética
Nanopartículas de óxido de ferro
Phantom
Ultrassom
Viscoelasticidade
Abstract in Portuguese
Sistemas ultrassônicos tiveram uma evolução tecnológica nos últimos anos e isso permitiu que seus recursos de hardware e software pudessem ser explorados para extrair informações, auxiliando em diagnósticos e tratamentos mais eficazes. Através da análise do comportamento mecânico de tecidos moles, técnicas como elastografia estática, vibroacustografia, elastografia transiente e elastografia remota tiveram seu papel reconhecido na complementação do diagnóstico clínico. Contudo, a propagação destas técnicas na medicina tem sido restringida pela acessibilidade às tecnologias utilizadas, ausências de parâmetros quantitativos, dificuldade da excitação em estruturas profundas e acesso a informações em níveis moleculares. Este estudo aborda o desenvolvimento de um protocolo para efetuar medidas quantitativas de viscoelasticidade em tecidos moles marcados com nanopartículas de óxido de ferro usando excitação magnética e medição ultrassônica. Ao aplicar uma força magnética pulsada em um meio fluido marcado com nanopartículas magnéticas, um movimento é induzido, gerando uma onda de cisalhamento que se propaga pelo tecido. A propagação dessa onda é mapeada usando a técnica de ultrassom pulso-eco e processamento de dados usando métricas de similaridades entre ecos (mapa de rf) consecutivos. Nos estudos realizados em mimetizadores de tecidos moles (phantom) com características mecânicas equivalentes ao tecido biológico, a amplitude de deslocamento dessas ondas é da ordem de micrometro. Através da medida da velocidade deslocamento dessa onda avaliou-se o melhor modelo reológico para quantificar os parâmetros mecânicos de viscosidade e elasticidade. Os resultados mostraram a eficiência desta técnica ao quantificar os valores viscoelásticos condizentes com a literatura e a comprovação da análise de tecidos moles marcado com nanopartículas excitadas com campo magnético de baixa intensidade, possibilitando uma avaliação em âmbito molecular em tecidos moles.
Title in English
System for viscoelastic analysis of soft tissue using magnetic excitation for generating shear waves and ultrasonic measurement
Keywords in English
Iron oxide nanoparticles
Magnetic force
Phantom
Soft tissue characterization
Ultrasound
Viscoelasticity
Abstract in English
Ultrasonic systems had a technological development in recent years and allowed their hardware and software resources could be exploited to extract information, assisting in more effective diagnosis and treatment. Through the mechanical behavior analysis of soft tissue techniques such as static elastography, vibroacoustography, transient elastography and remote elastography had recognized role in complementing clinical diagnosis. However, the spread of these techniques in medicine has been restricted by accessibility to the technologies used, quantitative parameters absences, difficulty of deep structures access and information on molecular levels. This study addresses the development of a protocol to make quantitative measurements of viscoelastic soft tissue labeled with iron oxide nanoparticles using magnetic excitation and ultrasonic measurement. By applying a pulsed magnetic force in a fluid medium labeled with magnetic nanoparticles, a motion is induced, generating a shear wave that propagates through the tissue. The propagation of this wave is mapped using the pulse-echo ultrasound technique and data processing using similarities measurements between echoes (rf map) consecutive. In studies of soft tissue-mimicking phantom with mechanical properties equivalent to the biological tissue, the displacement amplitude of these waves is of micrometer order. By measuring the shear wave velocity, it was evaluated the best rheological model for quantifying mechanical parameters of viscosity and elasticity. The results showed the efficiency of this technique to quantify the viscoelastic values consistent with the literature and the evidence of soft tissue analysis labeled excited nanoparticles with low intensity magnetic field, providing an assessment on the molecular level in soft tissues.
 
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Publishing Date
2015-07-16
 
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