Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Joint reconstruction techniques for ultrasonic attenuation imaging(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-08) Miranda Zárate, Edmundo Arom; Lavarello Montero, Roberto JannielEl ultrasonido cuantitativo (QUS, por sus siglas en inglés) es una modalidad de imagen no invasiva que caracteriza numéricamente los tejidos para el diagnóstico médico. Los estimadores QUS se basan en parámetros acústicos como la pendiente del coeficiente de atenuación (ACS, por sus siglas en inglés). Un estudio anterior propuso eliminar el ruido de las relaciones logarítmicas espectrales utilizando una variación total de un solo canal a través de la frecuencia. El método espectral para estimar el ACS, conocido como diferencia logarítmica espectral (SLD, por sus siglas en inglés) no incorpora ninguna estrategia de reconstrucción conjunta para mejorar la imagen. Por lo tanto, este trabajo propone la integración de dos estrategias conjuntas compatibles con el marco SLD. Primero, un enfoque de regularización conjunta denominado variación total nuclear (TNV-SLD) es implementado, el cual combina información geométrica del ACS y el componente del coeficiente de retrodispersión (BSC, por sus siglas en inglés) para mejorar la calidad de las imágenes, logrando mejores resultados en términos de error porcentual medio (MPE) y relación contraste-ruido (CNR). Posteriormente, el estudio se amplía para eliminar conjuntamente los ratios logarítmicos espectrales del SLD en los canales de frecuencia. Se propone un método conjunto multifrecuencia para aumentar la calidad de las imágenes de atenuación. Se consideraron dos modificaciones de la variación total con base en las normas Frobenius (TFV) y nuclear (TNV). Las métricas se compararon con dos métodos de regularización anteriores denominados RSLD y TVSLD, basados en la variación total de un solo canal con datos de maniquíes simulados y experimentales, y una muestra de tejido ex vivo. Los resultados mostraron un mejor desempeño general del método TNV para ambas estrategias, produciendo mapas ACS mejorados y extendiendo el balance entre la resolución espacial y la variabilidad de la estimación en términos de CNR con un sesgo estable.Ítem Texto completo enlazado Characterization of healthy skin with high-frequency ultrasound using quantitative ultrasound(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-08-20) Saavedra Bazán, Ana Cecilia; Castañeda Aphan, BenjamínThe skin is the largest organ of the body that protects it from the external environment. High- frequency ultra sound (HF-US) has been used to visualize the skin in depth and to diagnose some pathologies in dermatological applications. Quantitative ultrasound (QUS) includes several techniques that provide values of particular physical properties. In this thesis work, three QUS parameters are explained and used to characterize healthy skin through HF-US: attenuation coefficient slope (ACS), backscatter coefficient (BSC) and shear wave speed (SWS). They were estimated with the regularized spectral-log difference (RSLD) method, the reference phan- tom method, and the crawling wave sonoelastography method, respectively. All the three parameters were assessed in phantoms, ex vivo and in vivo skin. In calibrated phantoms, RSLD showed a reduc- tion of up to 93% of the standard deviation concerning the estimation with SLD, and BSC showed an agreement with the Faran’s theoretical curve. In gelatin-based phantoms, surface acoustic waves (SAWs) were estimated in two interfaces: solid-water and solid-US gel, which all owed corroborating SAWs presence and finding an empirical compensation factor when the coupling interface is US gel. A correction factor of 0:97 for SAW-to-shear was found to avoid underestimation in phantoms. Porcine thigh was calculated in the range from 8 to 27 MHz, where the ACS was 4:08 _+_0:43 dB cm -1 MHz-1 and BSC was in the range from 10 1 to 10° sr-1 _cm-1. Crawling wave sonoelastography method was applied for the vibration frequencies between 200 Hz and 800 Hz, where SWS was in the range from 4:6 m/sto9:1 m/s. In vivo ACS and BSC were assessed in the healthy forearm and thigh, whereas SWS only in the thigh. The average ACS in the forearm dermis was 2.07dB cm-1 _MHz-1, which is in close agreement with the literature. A significant difference (p < 0.05) was found between the ACS in the forearm dermis and the thigh dermis (average ACS of 2.54dB cm-1 _MHz-1). The BSC of the forearm and thigh dermis were in the range from 10 -1 to 10° sr-1 _cm-1, and in the range from 10-1 to 10° sr-1 _cm-1, respectively. The SWS in the thigh dermis was 2:4 _+_0:38 m/s for a vibration frequency of 200Hz, with an increasing trend as frequency increases. Results suggest that these QUS parameters have the potential to be used as a tool for in vivo skin characterization and show potential for future application in skin lesions.Ítem Texto completo enlazado Robust Minimmun Variance Beamformer using Phase Aberration Correction Methods(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-04-28) Chau Loo Kung, Gustavo Ramón; Lavarello Montero, Roberto Janniel; Dahl, Jeremy J.The minimum variance (MV) beamformer is an adaptive beamforming method that has the potential to enhance the resolution and contrast of ultrasound images. Although the sensitivity of the MV beamformer to steering vector errors and array calibration errors is well-documented in other fields, in ultrasound it has been tested only under gross sound speed errors. Several robust MV beamformers have been proposed, but have mainly reported robustness only in the presence of sound speed mismatches. Additionally the impact of PAC methods in mitigating the effects of phase aberration in MV beamformed images has not been observed Accordingly, this thesis report consists on two parts. On the first part, a more complete analysis of the effects of different types of aberrators on conventional MV beamforming and on a robust MV beamformer from the literature (Eigenspace-based Minimum Variance (ESMV) beamformer) is carried out, and the effects of three PAC algorithms and their impact on the performance of the MV beamformer are analyzed (MV-PC). The comparison is carried out on Field II simulations and phantom experiments with electronic aberration and tissue aberrators. We conclude that the sensitivity to speed of sound errors and aberration limit the use of the MV beamformer in clinical applications, and that the effect of aberration is stronger than previously reported in the literature. Additionally it is shown that under moderate and strong aberrating conditions, MV-PC is a preferable option to ESMV. On the second part, we propose a new, locally-adaptive, phase aberration correction method (LAPAC) able to improve both DAS and MV beamformers that integrates aberration correction for each point in the image domain into the formulation of the MV beamformer. The new method is tested using fullwave simulations of models of human abdominal wall, experiments with tissue aberrators, and in vivo carotid images. The LAPAC method is compared with conventional phase aberration correction with delay-and-sum beamforming (DAS-PC) and MV-PC. The proposed method showed between 1-4 dB higher contrast than DAS-PC and MV-PC in all cases, and LAPAC-MV showed better performance than LAPAC-DAS. We conclude that LAPAC may be a viable option to enhance ultrasound image quality of both DAS and MV in the presence of clinically-relevant aberrating conditions.Ítem Texto completo enlazado Caracterización de maniquíes usando sonoelastografía cuantitativa(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-27) Álvarez Ancaya, Sue Ellen; Castañeda Aphan, BenjamínLa elastografía es una modalidad de imagen médica que muestra las propiedades elásticas de los tejidos. La motivación principal para el desarrollo de ésta técnica es que distintas patologías, como el cáncer de mama, hígado o de próstata, muestran mayor rigidez que el tejido sano circundante. Desde fines de la década de 1980, diversos grupos de investigación han propuesto metodologías para medir la elasticidad del material de interés utilizando técnicas de ultrasonido. De esta manera, para la validación y verificación de los métodos propuestos se han utilizado maniquíes que simulen propiedades biomecánicas similares a las del tejido humano como la velocidad de onda de corte y el módulo de Young. La validación de métodos elastrográficos se beneficia del uso de maniquíes correctamente calibrados. En este trabajo, se construyeron maniquíes de bajo costo en base a gelatina y otros ingredientes comerciales. El módulo elástico se estimó para frecuencias entre 80 y 340 Hz, temperaturas entre 12 y 20 grados Celsius y para dos concentraciones de gelatina de 22% y 30%. Se encontró que el promedio del modulo elástico de un solo maniquí esta en el rango de 50 a 140 Pa dependiendo de la concentración de gelatina, la frecuencia de vibración y la temperatura. Se encontró que a mayor temperatura los valores de elasticidad encontrados eran menores y que a mayores concentraciones los valores de elasticidad eran mayores. Estos resultados son consistentes con valores que se encontraron en la literatura para maniquíes realizados de manera similar.Ítem Texto completo enlazado Diseño e implementación de un sistema de adquisición de datos ultrasónicos en un FPGA(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-05-30) Santos Llave, David Javier; Lavarello Montero, Roberto JannielEl presente trabajo tiene como objetivo diseñar y desarrollar un sistema de adquisición de datos ultrasónicos en un FPGA, capaz de excitar transductores ultrasónicos en el rango de las aplicaciones médicas convencionales de ultrasonido, y de digitalizar, almacenar y transmitir los ecos ultrasónicos recibidos a una computadora personal. En el Capítulo 1 se presenta la problemática actual en nuestro país con respecto al desarrollo de sistemas de adquisición de datos ultrasónicos y las ventajas que tendría desarrollar este tipo de tecnología. Adicionalmente, se presenta los objetivos del presente proyecto de tesis, los requerimientos y características principales del sistema propuesto y las maneras que existen de implementar un sistema de adquisición de datos. En el Capítulo 2 se describen cada una de las partes que componen un sistema de adquisición de datos ultrasónicos, por ejemplo: circuito de excitación, acondicionamiento de señal, adquisición de datos, transmisión de datos e interfaz con el usuario. Adicionalmente se analizan las características físicas y eléctricas de cada parte del sistema. En el Capítulo 3 se presenta el diseño electrónico de la etapa de excitación de transductores ultrasónicos, adquisición, almacenamiento, pre-procesamiento y transmisión de datos a la computadora. En cada etapa se muestra los criterios de diseño utilizados, las simulaciones obtenidas con el diseño propuesto y se realiza una comparación cualitativa con el trabajo precedente a este proyecto. En el Capítulo 4 se muestran los resultados obtenidos con el sistema de adquisición de datos desarrollado. Se presenta una comparación cualitativa entre los resultados obtenidos con el equipo comercial MS-5800 de la empresa OLYMPUS y el sistema de excitación desarrollado. También se presenta una comparación entre las señales adquiridas con un osciloscopio digital de la marca TEKTRONIX y el sistema de adquisición de datos desarrollado.Ítem Texto completo enlazado Adquisidor de datos ultrasónicos de baja y mediana frecuencia(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-05-15) Yupanqui Aliaga, Edson Igor; Lavarello Montero, Roberto JannielEl uso de las imágenes médicas en el diagnóstico clínico es cada vez mayor. Dentro de todas las técnicas que existen para generar imágenes del interior del cuerpo, el ultrasonido es una de las que más se utilizan. Pero los equipos que trabajan con ultrasonido poseen precios elevados. Por eso, lo que se busca es desarrollar tecnologías que permitan trabajar con ultrasonidos a un menor costo. Existe un trabajo de tesis previo, pero actualmente el equipo que se desarrolló, no se encuentra en funcionamiento. Por eso, el objetivo de la presente tesis es rediseñar, construir y verificar el funcionamiento de un circuito receptor de señales de ultrasonido que toma como base este trabajo previo. Básicamente se buscó incrementar las potencialidades de este equipo previo como son la frecuencia de muestreo, la resolución de bits y la capacidad de almacenamiento del mismo. También se verificará que el ancho de banda de la señal de entrada del circuito sea de por lo menos 10 MHz y se obtenga una ganancia de 20 a 40 dB.Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de excitador sintonizado de ultrasonido(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-05-15) Loyola Sarmiento, Francisco Andrés; Lavarello Montero, Roberto JannielEl presente trabajo tiene por objetivo el diseño y desarrollo de un excitador básico de ultrasonido. Para dicho fin, se debe generar una señal eléctrica adecuada para aplicarla a un transductor. Esta señal eléctrica consiste básicamente en trenes de pulsos de alto voltaje que son enviados cada cierto periodo. Los parámetros de esta onda, tales como duración del pulso, número de pulsos por tren y frecuencia de repetición del tren de pulsos, deben ser configurados por el usuario. Con este trabajo se busca promover la investigación sobre excitadores de ultrasonido de mayor precisión y resolución, lo que implicará una contribución en el desarrollo de equipos de ultrasonido para diversas aplicaciones, cada vez más necesarias e importantes en la medicina e industria. Para alcanzar este objetivo, se ha hecho uso de un sintetizador digital de frecuencias, conocido como DDS, para poder generar pulsos de voltaje de hasta 200 nanosegundos. Para controlar la frecuencia de repetición se utilizó un microcontrolador Atmel de 8 bits y para el control del número de pulsos por tren, un sistema compuesto por compuertas lógicas de alta velocidad de la familia 74HCT. Finalmente, para amplificar la señal lógica generada, se usó un arreglo de Power MOSFETs.Ítem Texto completo enlazado Reconstrucción 3D: Implementación de un sistema de seguimiento de traslación para un transductor ultrasónico 2D(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-05-14) González Bellido, Eduardo André; Lavarello Montero, Roberto JannielLos exámenes médicos y operaciones quirúrgicas utilizan sistemas de seguimiento espacial para realizar un mejor diagnóstico y registrar el movimiento de los instrumentos de medición o cirugía, respectivamente. Estos sistemas, conformados por componentes sofisticados y un complejo nivel de procesamiento, son por lo general de costo elevado debido al grado de precisión y exactitud requerido. El objetivo de la presente tesis es diseñar e implementar un sistema de seguimiento alternativo en coordenadas de traslación de un transductor ultrasónico, registrando el movimiento que realiza en cada uno de los ejes cartesianos (x, y, z) al momento de efectuar un examen ecográfico. El sistema desarrollado cuenta con un trasmisor de campo magnético y un sensor adosado al transductor que mide los vectores de campo y es controlado por un micro-controlador ATMEGA8. Se implementó un modelamiento matemático en Matlab para convertir los valores de campo a coordenadas espaciales. En este trabajo se muestra además, los métodos de calibración del sistema y los resultados de los ensayos realizados sobre patrones de trayectorias conocidas. El desempeño del sistema construido se evaluó cuantificando la precisión y exactitud del mismo, comparándolo con un sistema óptico basado en un mouse de computadora.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de formación de imágenes médicas ultrasónicas Modo-B(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-10-24) Zenteno Valdiviezo, Omar JonathanEl presente documento de tesis tiene por objetivo el diseño de un módulo educativo en ultrasonografía Modo-B utilizando un emisor-receptor PANAMETRICS-NDT OLYMPUS 5800 y el desarrollo de un paquete de guías introductorias a la física e instrumentación del ultrasonido. Este trabajo se ha llevado a cabo a en el Laboratorio de Imágenes Médicas de la PUCP. La metodología implementada para el desarrollo comenzó con el diseño de un sistema de posicionamiento electrónico controlado por computadora, luego se implementaron funciones de control para el posicionador, funciones de captura por medio de un osciloscopio digital para el programa principal y finalmente una función encargada del procesamiento de la señal capturada. Todo el proceso se realizó utilizando el entorno de programación MATLAB y está contenido en una sola función principal que es utilizada en las experiencias de las guías junto a las funciones de control del posicionador. Para cuantificar la exactitud del sistema, se escanearon tres fantomas de hierro forjado dentro de los rangos focales del transductor escogido (PANAMETRICS NDT V306). En cada una de las pruebas se calculó la exactitud axial y lateral, comparando las medidas obtenidas con las magnitudes reales de los fantomas. Al finalizar el desarrollo de esta Tesis se logró implementar un sistema ultrasonográfico de posicionamiento dirigido por computadora con resolución de paso 0.05922” que genera imágenes en Modo-B con resolución axial y lateral menor a 0.25” y error de exactitud menor a 5%.Ítem Texto completo enlazado Factibilidad de la medición del volumen de heridas de Leishmaniasis cutánea haciendo uso de un ecógrafo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-09-23) Díaz Rojas, Carlos AndrésLa Leishmaniasis Cutánea es una enfermedad que puede producir complicaciones e infecciones a los que la padecen. Generalmente, los focos infecciosos están ubicados en lugares muy alejados, en donde no se encuentra personal especializado ni hospitales que posean los medicamentos indicados para el tratamiento. A causa de esto la Leishmaniasis es una enfermedad sobre la cual no se hacen suficientes investigaciones que puedan controlarla y erradicarla. La evolución y el seguimiento de la enfermedad dependen de la experiencia y del criterio del doctor tratante, ya que no se dispone de un estándar que se puedan utilizar y que les indique si la enfermedad responde positivamente o negativa a un determinado tratamiento. Este trabajo de desarrollo tiene como finalidad proporcionar una herramienta para poder comprobar la hipótesis de que el volumen de la fosa de una herida de Leishmaniasis puede ser utilizado como un biomarcador para evaluar la evolución de la enfermedad. Se desarrolló un sistema de medición de volumen ultrasónico, basado en un ecógrafo portátil y un montaje mecánico con desplazamiento lineal, el cual se utiliza para definir una separación constante de las imágenes proporcionadas por el ecógrafo. Las imágenes se almacenan en la computadora a la frecuencia de un cuadro por segundo y posteriormente son procesadas mediante el empleo de técnicas de segmentación manual y reconstrucción basada en vóxeles. Se caracterizó el equipo hallando las resoluciones del ecógrafo (Resolución axial de 0.38mm, lateral de 0.74mm y elevacional de 6mm) y la separación entre las imágenes obtenidas (0.7105mm). Luego, se analizaron objetos con volúmenes conocidos, con los cuales se hallaron los errores de estimación de volumen y la longitud mínima de un objeto para obtener una aceptable estimación de volumen. Además, se halló la precisión de la reconstrucción volumétrica que fue de 0.191ml. Debido a que la mayoría de heridas de Leishmaniasis generalmente son de menor longitud que el mínimo límite definido (30mm), que tienen volúmenes menores a la precisión del sistema y que las imágenes obtenidas poseen muchos artefactos que hacen muy difícil el discernimiento de sus límites, se concluyó que no es factible la medición de volúmenes de heridas de Leishmaniasis con el uso de un ecógrafo portátil. Sin embargo, si se utilizara otro tipo de ecógrafo con mejor resolución elevacional, sí sería posible estimar correctamente un volumen.