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https://hdl.handle.net/10316/101169
Title: | Estimativa da temperatura em phantoms de tecido biológico por meio dos valores absolutos dos níveis médios de cinza de imagens de ultrassom modo-B | Other Titles: | Temperature Estimation of biological tissue Mimicking Material by Means of Average Absolute Values Gray Levels of B-Mode Ultrasound Images | Authors: | Souza, Raquel Monteiro | Orientador: | Alvarenga, André Victor Teixeira, César Alexandre Domingues |
Keywords: | Medição de temperatura por ultrassom; Equipamentos de fisioterapia por ultrassom; Phantom; AVGL; Energia Retroespalhada Recebida | Issue Date: | 30-Jun-2022 | Abstract: | Esta Tese apresenta um método não-invasivo por ultrassom de estimativa da
temperatura no interior de um phantom de tecido mole, para avaliar o aquecimento gerado por
um transdutor de ultrassom de fisioterapia. Variações de temperatura do tecido biológico
causam mudanças na energia do sinal de ultrassom retroespalhado que refletem nas
características das imagens de US modo-B. O método que se baseia nas variações dos valores
médios dos níveis de cinza de imagens de ultrassom modo-B tem sido investigado pela
comunidade científica à medida que apresenta resultados promissores. Este trabalho foi
desenvolvido nas seguintes etapas: caracterização dos phantoms quanto à velocidade de
propagação ultrassônica longitudinal e coeficiente de atenuação em função da temperatura;
avaliação do ultrassom de fisioterapia, incluindo o mapeamento do campo acústico e a
calibração da potência máxima de saída; simulação do campo ultrassônico e dos mapas de
aquecimento e arrefecimento do transdutor de fisioterapia no phantom simulado.
Posteriormente, com base no modelo teórico de AVGL em função da temperatura e com base
na equação da alteração na energia retroespalhada, foi realizada a estimativa teórica da
temperatura a partir dos valores absolutos de AVGL das imagens de US do phantom. A fim de
testar a função teórica de estimativa da temperatura, foram realizados ensaios experimentais de
aquecimento do phantom controlado com banho maria e com medições de temperatura
utilizando termopares. Por último, o modelo teórico foi aplicado em ensaios experimentais de
aquecimento do phantom utilizando o equipamento de ultrassom de fisioterapia como fonte de
aquecimento. Mapas espaciais dos valores absolutos de AVGL das imagens de ultrassom foram
construídos. A partir desses valores de AVGL e das mudanças na energia retroespalhada
recebida do phantom aquecido, foram gerados mapas espaciais de temperatura do phantom. Os
referidos mapas viabilizam a avaliação do aquecimento gerado pelo ultrassom de fisioterapia
no interior de um meio cujas propriedades (velocidade de propagação e coeficiente de
atenuação) tenham sido caracterizadas em função da temperatura. Os resultados obtidos dão
subsídios para trabalhos subsequentes no avanço da tecnologia de estimativa não-invasiva da
temperatura para fins de avaliação do aquecimento gerado por equipamentos de fisioterapia por
ultrassom. This Thesis presents a non-invasive ultrasound method of estimating the temperature within a standardized soft tissue phantom during physiotherapeutic ultrasound application. Temperature variations of biological tissue cause changes in backscattered energy (CBE) that reflect on the characteristics of B-mode US images. The method that is based on changes in the gray-level content of B-mode US images has been investigated by the scientific community and has shown promising results. This work was developed in the following steps: characterization of the phantoms regarding the ultrasound group velocity and attenuation coefficient as a function of temperature; characterization of the output of ultrasonic physiotherapy equipment and measurement of the ultrasonic output power; simulation of ultrasonic field and thermal simulation generated by the physiotherapeutic ultrasound. Subsequently, based on the average value gray levels, AVGL (T) model, and based on the equation of the CBE, the temperature was estimated theoretically from the absolute values of AVGL from the B-Mode images. In order to test the theoretical function of temperature estimation, experimental tests of controlled heating of the phantom with a water bath and with temperature measurements using thermocouples were carried out. Finally, the theoretical model was applied in experimental tests of heating the phantom using the physiotherapy ultrasound equipment as a heating source. Spatial maps of the absolute AVGL values of the ultrasound images were constructed. From these AVGL values and the changes in backscattered energy received from the heated phantom, spatial maps of temperature were generated. These maps make it possible to evaluate the heating generated by a physiotherapy ultrasound inside a medium whose properties have been characterized as a function of temperature. The results obtained provide subsidies for future work in the advancement of non-invasive temperature estimation technology for the purpose of evaluating the heating generated by ultrasound physiotherapy equipment. |
Description: | Tese no âmbito do Programa de Doutoramento em Engenharia Biomédica, apresentada ao Departamento de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. | URI: | https://hdl.handle.net/10316/101169 | Rights: | openAccess |
Appears in Collections: | UC - Teses de Doutoramento |
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