Los 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. / Tesis

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo en portal de tesis electrónicas hasta el 16/04/2018 / Ingeniero Civil Electricista / Esta Memoria se origina en la necesidad de disponer de enlaces de radio frecuencias en aplicaciones cotidianas o diseños tecnológicos comerciales, evitando así la comunicación física mediante cables entre distintos dispositivos, ya sea por comodidad, barreras físicas del medio, seguridad o imposiciones de diseño. En esa misma línea, el objetivo de este trabajo consiste en dotar de un bloque de transferencia inalámbrica de imágenes a un ecógrafo diseñado en el país. El estudio detrás de tal implementación se centra en la identificación de aspectos de importancia en una transmisión inalámbrica de corto alcance, tales como: banda de frecuencia a usar; saturación de la banda; obstaculización; direccionalidad de la señal; esquema analógico o digital a implementar y aislamiento electromagnético propio de las PCBs donde se montan dichos sistemas. En este trabajo, se diseñó e implementó un bloque de transmisión analógico, el cual transmite video compuesto NTSC y opera en la banda libre de 5.8 GHz, mediante circuitos integrados especializados. Este enlace fue completado a todo nivel, es decir, se fabricó tanto la PCB transmisora como la receptora, y se compatibilizó ambas con los elementos terminales mediante programación y construcción de hardware auxiliar. La primera PCB se comunica con el actual prototipo del ecógrafo y recibe video de 640 x 480 píxeles en formato VGA entrelazado -lo cual implicó la elaboración de un bloque de compatibilidad VGA a NTSC dentro del mismo procesamiento del sistema-, luego lo codifica a NTSC y transmite de forma inalámbrica. La segunda PCB, por su parte, permitió coordinar y disponer de un prototipo funcional de recepción de video analógico, junto con su posterior visualización en dispositivos personales HMDs. Sin embargo, la calidad de imagen obtenida se vió limitada por la misma naturaleza del NTSC y el enlace analógico, notando pequeñas perturbaciones visuales al existir obstaculización entre emisor y receptor. Por otro lado, también se estudiaron las ventajas generadas por un esquema de enlace digital, el cual potencialmente permite mayor capacidad de transferencia de datos, seguridad, y mejor calidad de imagen. Este estudio, se centró en la compresión y descompresión de imágenes en formato JPEG2000, previo al envío de datos. Esta etapa es necesaria en toda aplicación de video digital, e implica mayor complejidad -en términos de implementación- que el enlace mismo, o más aún, que el esquema de transferencia analógico. Así fue posible diseñar una tarjeta de desarrollo compatible con la plataforma DE2 de Altera para el envío, manejo y (des)compresión de imágenes en tiempo real. Finalmente se culmina la propuesta de transmisión digital indicando las etapas necesarias de programación y captura de imágenes desde el equipo, para ser transmitidas bajo WiFi en la banda de 2.4 GHz. Este trabajo permitirá disponer de un ecógrafo capaz de enviar video inalámbrico, y plantea el esquema de compresión y envío digital de imágenes como mejora al actual prototipo. Por otro lado, las consideraciones realizadas sobre el diseño en PCBs para video, más los proyectos de descripción de hardware para FPGAs facilitados, permiten acelerar el proceso de obtención de nuevos prototipos tecnológicos funcionales.

El 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. / Tesis

El 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. / Tesis

El 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%. / Tesis

El 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. / Tesis

La 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. / Tesis

En nuestro país, el desarrollo de equipos ultrasónicos capaces de medir la velocidad de flujo es muy limitado. Los motivos incluyen falta de fundamentos teóricos, alto costo de los equipos, complejidad en la construcción de los instrumentos requeridos, y falta de inversión, entre otros. Esto constituye una desventaja ya que estos equipos son herramientas importantes para diversas aplicaciones en el diagnóstico médico, y sólo se pueden acceder a éstos adquiriendo equipos comerciales extranjeros. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / Taote es un dispositivo de ultrasonido portátil de bajo costo completamente diseñado y construido en la Universidad de Chile. Fue concebido como una herramienta de diagnóstico primario para ser usado por médicos generales, con la finalidad de evitar derivar casos innecesariamente a otros centros de salud y facilitar el acceso a esta clase de exámenes en zonas aisladas. A pesar de contar con un equipo funcional que permite realizar ecografía en modo B en la región abdominal, aún es un producto en desarrollo. Dentro de este contexto, durante los años 2016 y 2017 se han ido incorporando nuevas características que permiten mejorar la experiencia del usuario de Taote, tales como el guardado de parámetros de configuración y la visualización del estado carga de la batería. Este tipo de modificaciones son posibles gracias a su arquitectura basada en FPGA que permite tener un hardware configurable. En comparación con otros equipos portátiles comercializados actualmente, Taote no dispone por el momento de las mismas funcionalidades, como por ejemplo, la modalidad Doppler Color. El objetivo de este trabajo de Tesis consiste en evaluar si es posible implementar la funcionalidad Doppler Color en el hardware de Taote. Esto permitiría mostrar sobre la imagen de ecografía tradicional los flujos sanguíneos codificados en una serie de tonos que indican su velocidad y sentido con respecto al transductor. Como requisito previo es necesario conocer la operación del dispositivo en su estado actual y estudiar en detalle los cambios que se deben realizar. El análisis permite concluir sobre la factibilidad de adquirir datos para realizar procesamiento Doppler Color, sin necesidad de rediseñar las tarjetas electrónicas, modificando solo la administración de los disparos. Para verificar la posibilidad de implementación de la modalidad Doppler Color, el trabajo se divide en dos. Adquisición de las muestras en modo Doppler después de la conformación y procesamiento de estos datos en un PC para generar la imagen. Para conseguir el primer objetivo es necesario implementar a nivel de hardware un módulo que permite la transferencia de datos en forma serial y una aplicación que sea capaz de recibirlos. Además, se crea un módulo que administra la secuencia en que se realizan los disparos y controla las distintas etapas de pulsación. El resto de las modificaciones necesarias son realizadas en la FPGA de la tarjeta electrónica denominada CLU. En segundo lugar se desarrolla el procesamiento de los datos recibidos en el programa Matlab para producir la imagen en Doppler Color. Esta secuencia se divide en organizar los datos, filtrar mediante un filtro pasa altos las frecuencia que no corresponden al movimiento de los flujos sanguíneos, para luego estimar la potencia, la velocidad y el ancho de banda para el espectro de la señal Doppler. Los resultados obtenidos indican que se consiguió generar satisfactoriamente la secuencia de operación que permite capturar los datos en modo Doppler, aunque con dichas muestras no fue posible generar la imagen de los flujos en el PC por problemas en la etapa de adquisición de las muestras. Aun así las etapas de procesamiento fueron desarrolladas de manera adecuada, pues se verificó con una base de datos externa.

The 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. / Tesis