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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-05042021-145022
Document
Author
Full name
Anderson Tavares de Andrade
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Furuie, Sérgio Shiguemi (President)
Mathias Junior, Wilson
Matsumoto, Mônica Mitiko Soares
Title in Portuguese
Estudo de técnicas de ultrassom e eletrônica direcionados para o desenvolvimento de um equipamento de sonotrombólise.
Keywords in Portuguese
Eletrônica
Sonotrombólise
Transdutores
Ultrassom
Abstract in Portuguese
O objetivo desta dissertação é estudar as características da PAUT (Phased Array Ultrasound Technique), capaz de direcionar e focalizar feixes de ultrassom produzidos por transdutores multi-elementos a partir da aplicação de atrasos aos sinais de controle. O procedimento de sonotrombólise consiste na aplicação de ultrassom na região do coração para causar cavitação nas microbolhas, previamente injetadas na corrente sanguínea do paciente, gerando uma alta variação de pressão próxima ao trombo, atingindo-o e provocando a desobstrução parcial ou total das artérias, auxiliando no tratamento as vítimas de trombose coronária.Aplicando a PAUT, propõe-se a utilização da focalização dos feixes de ultrassom em diferentes regiões focais distribuídas na região do coração por meio de uma varredura. O transdutor é dimensionado com base em dados médicos de tamanho e localização do coração humano.A aplicação da varredura e focalização do transdutor é estudada analiticamente e por meio de simulações computacionais. Por meio destas, foi estudado o impacto da variação dos parâmetros de frequência de operação e dimensões do transdutor, uma vez fixado a quantidade de elementos do transdutor, o espaçamento entre eles e a número de ciclos por ativação. Os mapas acústicos gerados pelas simulações foram comparados a partir dos parâmetros de intensidade acústica média temporal e máxima espacial, pressão relativa, aumento de temperatura e coeficiente de homogeneidade, definido ao longo da dissertação. As simulações mostram que a utilização da PAUT pode apresentar um coeficiente de homogeneidade de 93,14% e 98,26% para as frequências de operação de 250 kHz e 500 kHz, respectivamente. Um projeto de hardware de baixo custo é apresentado para a construção de um protótipo para o equipamento de sonotrombólise, contemplando desde o armazenamento dos dados de atraso calculados para a aplicação, sua leitura, conversão dos sinais eletrônicos e aplicação ao transdutor matricial.
Title in English
Study of ultrasound and eletronic techniques aimed at the development of a sonothrombolysis equipment.
Keywords in English
Electronic
Sonothrombolysis
Transducer matrix
Ultrasound transducer
Abstract in English
The objective of this dissertation is to study the PAUT (Phased Array Ultrasound Technique) characteristics, capable of directing and focusing ultrasound beams produced by multi-element transducers by applying delays to the control signals. The sonothrombolysis procedure consists of applying ultrasound to the heart region to cause cavitation on the microbubbles, previously injected on the patient bloodstream, generating a high-pressure variation near the thrombus, reaching it and causing the partial or total artery clearance, helping to treat coronary thrombosis victims. It is proposed the usage of the ultrasound beams focusing on different focal areas distributed in the heart region by a sweep. The transducer is dimensioned based on human heart size and location.The sweep application and transducer focusing is studied analytically and by computer simulations. Based on this, we studied the impact of the operation frequency and transducer size variation, considering fixed the transducer element quantity, the spacing between them and the cycles number by activation.The acoustic maps generated by the simulations were compared by the parameters of Spatial Peak Time Average Intensity, relative pressure, temperature raise and homogeneity coefficient. The simulations show that the PAUT use can present a homogeneity coefficient of 93,14% and 98,26% for the operation frequencies of 250 kHz e 500 kHz, respectively.A low-cost hardware project is presented for a sonothrombolysis prototype construction, comprising the data storage of the calculated delays for the application, the delays reading, the electronic signal conversion and the application to the transducer matrix.
 
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Publishing Date
2021-04-06
 
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