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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.17.2020.tde-03012022-130333
Document
Author
Full name
Damião Miranda Ngonga Alfredo
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2020
Supervisor
Title in Portuguese
Efeitos dos parâmetros dosimétricos do ultrassom terapêutico na transmissividade e temperatura de phantoms mimetizadores de tecidos e Desenvolvimento do aplicativo DUST para estimar a dose
Abstract in Portuguese
Introdução: Os profissionais que utilizam o ultrassom como recurso terapêutico ainda apresentam conceitos equivocados quando relacionam a temperatura tecidual com os regimes de pulso, envolvendo os diferentes tecidos irradiados. Além disso, a disponibilidade de metodologias digitais para calcular a dose do ultrassom terapêutico (UST) é bastante restrita. Objetivos: Avaliar os efeitos das variáveis físicas do ultrassom terapêutico, na transmissividade e aquecimento de phantoms mimetizadores de tecidos (PMT) muscular e adiposo, bem como a criação do aplicativo DUST para simular as respostas dos tecidos biológicos. Materiais e Métodos: No estudo I foram utilizados 36 PMT divididos em adiposo e muscular, nas espessuras de 0.5; 1.0 e 1.5 cm. Para avaliação da temperatura e transmissividade, foram utilizadas frequências de 1 e 3 MHz, com a intensidade média espacial e média temporal (ISATA) de 0.40 W/cm² nos regimes contínuo e pulsado (1:1 e 1:4) e ISATA de 0.5; 1.0; 1.5 e 2.0 W/cm², no regime contínuo. A análise estatística foi realizada no software Graphpad Prism (p<0.05). No estudo II o aplicativo DUST foi desenvolvido no software Android Studio, com os kits de desenvolvimento de software SDK min 19 e Target SDK 29 e testado na versão operacional Android 8.1 - Oreo. O modelo matemático foi construído com base nas propriedades viscoelásticas, acústicas e termofísicas envolvidas na transmissividade e bioaquecimento dos tecidos biológicos, válidos para o campo próximo do UST de uma onda plana. Resultados: O estudo I mostrou que a temperatura não foi influenciada pelo regime do pulso quando utilizadas as mesmas ISATA e frequências. No entanto, a elevação da ISATA e da frequência promoveu aumento da temperatura, com maiores valores na área central do PMT, com diminuição média de 50 % a 1.0 cm do ponto central. No estudo II, por meio dos dados de espessura do tecido, frequência terapêutica, área de radiação efetiva, área de aplicação e regime de pulso, o aplicativo foi capaz de simular a intensidade e a temperatura no tecido alvo, a energia total por área de radiação efetiva e anergia atenuada por ERA. Conclusão: Conclui-se que o aumento da temperatura é dependente da ISATA e da frequência do UST, e que a área de aquecimento está restrita a área de radiação efetiva do transdutor. Além disso, o aplicativo DUST se mostrou eficiente em todas as estimativas calculadas para os diferentes tecidos biológicos, podendo se tornar um instrumento eficaz no auxílio ao fisioterapeuta para a seleção e aplicação dos parâmetros físicos do ultrassom terapêutico, possibilitando a visualização de parâmetros mais realistas.
Title in English
Effects of dosimetric parameters of therapeutic ultrasound on the transmissivity and temperature of phantoms mimicking-tissues and Development of the DUST application to estimate the dose
Abstract in English
Introduction: Professionals who use ultrasound as a therapeutic resource still have misconceptions when relating tissue temperature to pulse regimes, involving different irradiated tissues. Also, digital methodologies' availability to calculate the dose of therapeutic ultrasound (UST) is quite restricted. Objectives: To evaluate the effects of physical variables of therapeutic ultrasound on the transmissivity and heating of muscle and adipose tissue-mimicking phantoms (PMT), as well as the creation of the DUST application to simulate the responses of biological tissues. Materials and Methods: In the first study 36 PMT was used, divided into fat and muscle, in thicknesses of 0.5, 1.0, and 1.5 cm. For the evaluation of temperature and transmissivity, frequencies of 1 and 3 MHz were used, with mean spatial and temporal mean intensity (ISATA) of 0.40 W/cm² in continuous and pulsed regimes (1: 1 and 1: 4) and ISATA of 0.5; 1.0; 1.5 and 2.0 W /cm², in the continuous regimen. The statistical analysis was performed using the Graphpad Prism software (p<0.05). In study II, the DUST application was developed on the Android Studio software, with the SDK min 19 and Target SDK 29 software development kits and tested on the Android 8.1 - Oreo operating version. The mathematical model was built based on the acoustic and thermophysical properties involved in the transmissivity and bio heating of biological tissues, valid for the field near the UST of a plane wave. Results: Study I showed that the temperature was not influenced by the pulse regime when using the same ISATA and frequencies. However, the increase in ISATA and frequency promoted a temperature rise, with higher values in the PMT's central area, with an average decrease of 50% at 1.0 cm from the central point. In study II, using data on tissue thickness, therapeutic frequency, effective radiation area, application area, and pulse regime, the application was able to simulate the intensity and temperature in the target tissue, the total energy per area of effective radiation, and energy attenuated by ERA. Conclusion: It is concluded that the increase in temperature depends on ISATA and the frequency of the UST. The heating area is restricted to the effective radiation area of the transducer. Also, the DUST application proved to be efficient in all estimates calculated for different biological tissues. It can become a useful tool in assisting the physiotherapist in selecting and applying the physical parameters of the therapeutic ultrasound, allowing the visualization of more realistic parameters.
 
Publishing Date
2022-01-07
 
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