A magneto-acustografia ou, em uma nova terminologia mais abrangente, vibromagneto-acustografia (VMA) é uma técnica que combina técnicas magnéticas e acústicas, a fim de observar o comportamento visco-elástico de um meio material marcado com partículas magnéticas (alvo). A força magnética oscilatória de frequência () provoca, dentro do alvo, movimento das partículas e do meio material com frequência (2). O feixe acústico pulso-eco utilizado para detectar o movimento das estruturas, tem uma frequência de repetição de pulso (PRF), no mínimo, cinco vezes maior que a frequência do movimento do alvo. Assim, a proposta deste projeto foi desenvolver um protocolo de aquisição, processamento e análise da técnica VMA, por meio da implementação de uma plataforma automatizada de aquisição, que forneça dados estruturados para posteriormente através de uma plataforma de processamento analisar diferentes aplicações da técnica VMA em fantomas e in vivo. A primeira etapa foi desenvolver a plataforma de aquisição utilizando um equipamento de ultrassom diagnóstico por imagem. Nesta etapa foi desenvolvido um software, com interface gráfica de usuário, escrito em C++ e Qt com a função de automatizar a excitação magnética e a aquisição acústica de alta resolução temporal, foram definidos os protocolos padrão dos modos de excitação magnética e de aquisição acústica em termos da taxa de aquisição dos frames ultrassônicos para gerar movimentos oscilatórios ou ondas de cisalhamento. Em seguida, os dados provenientes das aquisições foram estruturados por meio de um cabeçalho para transferência para outros computadores através do protocolo TCP/IP. Depois foi desenvolvida um software, com interface gráfica de usuário, para a fase de processamento e análise. O processamento dos frames adquiridos em modo radiofrequência (RF) consistiu em obter mapas de deslocamentos ou velocidades das estruturas internas do meio material utilizado como alvo. Nesta etapa adaptamos o algoritmo de correlação cruzada normalizada com correção de pico de máxima correlação x e obtivemos mapas otimizados para a técnica VMA. A avaliação da otimização destes mapas foi baseada na avaliação entre a resolução espacial e tempo computacional. A partir do uso destes softwares em experimentos com fantomas e in vivo foram desenvolvidos métodos de análise da frequência dos deslocamentos e segmentação/caracterização de ondas de cisalhamento em termos da sua velocidade e atenuação. Por fim, foi implementado um sistema VMA automatizado composto, por uma plataforma de aquisição embarcada em equipamento de diagnóstico por ultrassom para aquisição de mapas de RF e, que posteriormente eram transferidos para um computador com hardware superior para geração de mapas de deslocamento do meio material. Os mapas foram analisados para determinação de parâmetros visco-elásticos. Além disso, através da implementação da técnica VMA, viabilizou-se estudos clínicos de maneira rápida e eficiente, por exemplo, análises gástricas após a digestão de alimentos marcados com partículas magnéticas e produção de ondas de cisalhamento para caracterização viscoelástica. / The magneto motive ultrasound (MMUs) is a novel technique, which combines magnetism and acoustics, in order to observe viscoelastic behavior of medium labeled with inserted magnetic particles. The magnetic force with modulation frequency () creates a mechanical disturbance in the object of study with twice the modulation frequency (2). Was applied a pulse-echo ultrasonic beamforming with pulse repetition frequency (PRF) at least five times greater than frequency of internal structure movement. The aim of this study was to develop an acquisition, processing and analysis protocol for MMUs through implementation of an automated platform for acquisition, which provides structured datasets for further processing and analysis of different applications (tissue mimicking phantoms or in vivo) of MMUs. First step was to develop the acquisition platform using an ultrasound research interface (URI). At this stage was developed a software with graphical user interface (GUI) written using C++ and Qt. This software automates magnetic excitation and acoustic acquisition, which has high frame rate. In addition, were defined default presets to provide oscillatory movement or shear waves. Then was created datasets acquired were structured and a header and transferred to an external personal computer through TCP/IP network. Second, the processing software with graphical user interface for processing and analyzing was developed. The frames acquired in radiofrequency (RF) mode were processed into displacement or velocity maps of medium internal structures. In this stage, we adapted a cross correlation algorithm to optimize for MMUs datasets. The evaluation of these maps was based on tradeoff between spatial resolution and computation time. Protocols for analysis of motion frequency and segmentation/characterization of shear waves, extracting velocity and attenuation for experiments performed with phantoms or in vivo were developed . In this work, it was implemented an automated MMUs system integrated with a software framework running on an ultrasound research interface (URI), which is used for acquisition of RF maps, further transferred for a PC with robust hardware to process into displacement maps. These maps were analyzed to obtain viscoelastic parameters of the medium. Moreover, this implementation of MMUs enables clinical fast and efficient trials for gastric evaluation of meals with magnetic particles and shear wave production for viscoelastic characterization.

A força de radiação acústica tem sido utilizada como o método de examinar propriedades físicas de materiais em diversas áreas. A vibro-acustografia é uma das técnicas que emprega este tipo de força para realizar análises de propriedades mecânicas de materiais. Esta técnica consiste na aplicação de força acústica modulada e focalizada na região de interesse. O alvo excitado vibra na frequência de modulação e o som emitido é característico da impedância mecânica do meio. Este som é detectado usando um hidrofone dedicado. Neste trabalho, propomos uma modificação nesta técnica de vibro-acustografia (VAG) e aplicando a técnica denominada vibro-acustomagnetografia (VAMG) substituindo o hidrofone por um sensor magnético de alta sensibilidade. A radiação acústica modulada será aplicada sobre um alvo magnetizado imerso no fluido em estudo. Com este procedimento, poder-se-á medir o deslocamento estático e dinâmico do alvo magnético (esfera) quando acusticamente excitado. Neste trabalho, foi usado um sensor magnetorresistivo com resolução da ordem de 1 nT para a montagem do transdutor de detecção de deslocamento do alvo magnético. A vibração do alvo foi induzida por uma força sem contato, usando a força acústica produzida por dois feixes concêntricos gerado por elementos piezelétricos confocais de mesma área e com foco comum a 7 cm. O alvo usado foi uma esfera magnética com um raio de 2,36 mm. O aparato foi avaliado por meio de medidas em água e em óleo. Os parâmetros viscoelásticos foram estimados a partir de ajustes não lineares da resposta do transdutor magnético em função da freqüência de modulação. / The acoustic radiation force has been used as the method to examine some materials physical properties in various areas. The vibro-acoustography is a technique that is being used to perform analysis of mechanical properties of materials. This technique involves the application of a focused acoustic modulated force. The excited target will vibrate at the frequency of modulation and the emitted sound is characteristic of the medium mechanical impedance. This sound is detected using a dedicated hydrophone. In this paper, we propose a modification of this technique vibro-acoustography (VAG) and applying a technique called vibro-acustomagnetography (VAMG) replacing the hydrophone by a magnetic sensor with high sensitivity. In this case, the modulated acoustic radiation will be applied on a magnetized target immersed in the fluid under study. With this procedure, static and dynamic displacement of the magnetic target (ball) will be measured when acoustically excited. In this study, we used a magnetoresistive sensor with resolution of about 1 nT for mounting the transducer to detect displacement of the magnetic target. The vibration of the target was induced by a non-contact force, using an ultrasonic beam modulated by two concentric beams generated by two piezoelectric elements confocal of the same area and common focus to 7 cm. The target used was a magnetic sphere with a radius of 2.36 mm. The apparatus was evaluated through of measurements in water and oil. Viscoelastic parameters were estimated fitting the nonlinear response of the magnetic transducer function of frequency modulation.

A magneto-acustografia ou, em uma nova terminologia mais abrangente, vibromagneto-acustografia (VMA) é uma técnica que combina técnicas magnéticas e acústicas, a fim de observar o comportamento visco-elástico de um meio material marcado com partículas magnéticas (alvo). A força magnética oscilatória de frequência () provoca, dentro do alvo, movimento das partículas e do meio material com frequência (2). O feixe acústico pulso-eco utilizado para detectar o movimento das estruturas, tem uma frequência de repetição de pulso (PRF), no mínimo, cinco vezes maior que a frequência do movimento do alvo. Assim, a proposta deste projeto foi desenvolver um protocolo de aquisição, processamento e análise da técnica VMA, por meio da implementação de uma plataforma automatizada de aquisição, que forneça dados estruturados para posteriormente através de uma plataforma de processamento analisar diferentes aplicações da técnica VMA em fantomas e in vivo. A primeira etapa foi desenvolver a plataforma de aquisição utilizando um equipamento de ultrassom diagnóstico por imagem. Nesta etapa foi desenvolvido um software, com interface gráfica de usuário, escrito em C++ e Qt com a função de automatizar a excitação magnética e a aquisição acústica de alta resolução temporal, foram definidos os protocolos padrão dos modos de excitação magnética e de aquisição acústica em termos da taxa de aquisição dos frames ultrassônicos para gerar movimentos oscilatórios ou ondas de cisalhamento. Em seguida, os dados provenientes das aquisições foram estruturados por meio de um cabeçalho para transferência para outros computadores através do protocolo TCP/IP. Depois foi desenvolvida um software, com interface gráfica de usuário, para a fase de processamento e análise. O processamento dos frames adquiridos em modo radiofrequência (RF) consistiu em obter mapas de deslocamentos ou velocidades das estruturas internas do meio material utilizado como alvo. Nesta etapa adaptamos o algoritmo de correlação cruzada normalizada com correção de pico de máxima correlação x e obtivemos mapas otimizados para a técnica VMA. A avaliação da otimização destes mapas foi baseada na avaliação entre a resolução espacial e tempo computacional. A partir do uso destes softwares em experimentos com fantomas e in vivo foram desenvolvidos métodos de análise da frequência dos deslocamentos e segmentação/caracterização de ondas de cisalhamento em termos da sua velocidade e atenuação. Por fim, foi implementado um sistema VMA automatizado composto, por uma plataforma de aquisição embarcada em equipamento de diagnóstico por ultrassom para aquisição de mapas de RF e, que posteriormente eram transferidos para um computador com hardware superior para geração de mapas de deslocamento do meio material. Os mapas foram analisados para determinação de parâmetros visco-elásticos. Além disso, através da implementação da técnica VMA, viabilizou-se estudos clínicos de maneira rápida e eficiente, por exemplo, análises gástricas após a digestão de alimentos marcados com partículas magnéticas e produção de ondas de cisalhamento para caracterização viscoelástica. / The magneto motive ultrasound (MMUs) is a novel technique, which combines magnetism and acoustics, in order to observe viscoelastic behavior of medium labeled with inserted magnetic particles. The magnetic force with modulation frequency () creates a mechanical disturbance in the object of study with twice the modulation frequency (2). Was applied a pulse-echo ultrasonic beamforming with pulse repetition frequency (PRF) at least five times greater than frequency of internal structure movement. The aim of this study was to develop an acquisition, processing and analysis protocol for MMUs through implementation of an automated platform for acquisition, which provides structured datasets for further processing and analysis of different applications (tissue mimicking phantoms or in vivo) of MMUs. First step was to develop the acquisition platform using an ultrasound research interface (URI). At this stage was developed a software with graphical user interface (GUI) written using C++ and Qt. This software automates magnetic excitation and acoustic acquisition, which has high frame rate. In addition, were defined default presets to provide oscillatory movement or shear waves. Then was created datasets acquired were structured and a header and transferred to an external personal computer through TCP/IP network. Second, the processing software with graphical user interface for processing and analyzing was developed. The frames acquired in radiofrequency (RF) mode were processed into displacement or velocity maps of medium internal structures. In this stage, we adapted a cross correlation algorithm to optimize for MMUs datasets. The evaluation of these maps was based on tradeoff between spatial resolution and computation time. Protocols for analysis of motion frequency and segmentation/characterization of shear waves, extracting velocity and attenuation for experiments performed with phantoms or in vivo were developed . In this work, it was implemented an automated MMUs system integrated with a software framework running on an ultrasound research interface (URI), which is used for acquisition of RF maps, further transferred for a PC with robust hardware to process into displacement maps. These maps were analyzed to obtain viscoelastic parameters of the medium. Moreover, this implementation of MMUs enables clinical fast and efficient trials for gastric evaluation of meals with magnetic particles and shear wave production for viscoelastic characterization.

A força de radiação acústica tem sido utilizada como o método de examinar propriedades físicas de materiais em diversas áreas. A vibro-acustografia é uma das técnicas que emprega este tipo de força para realizar análises de propriedades mecânicas de materiais. Esta técnica consiste na aplicação de força acústica modulada e focalizada na região de interesse. O alvo excitado vibra na frequência de modulação e o som emitido é característico da impedância mecânica do meio. Este som é detectado usando um hidrofone dedicado. Neste trabalho, propomos uma modificação nesta técnica de vibro-acustografia (VAG) e aplicando a técnica denominada vibro-acustomagnetografia (VAMG) substituindo o hidrofone por um sensor magnético de alta sensibilidade. A radiação acústica modulada será aplicada sobre um alvo magnetizado imerso no fluido em estudo. Com este procedimento, poder-se-á medir o deslocamento estático e dinâmico do alvo magnético (esfera) quando acusticamente excitado. Neste trabalho, foi usado um sensor magnetorresistivo com resolução da ordem de 1 nT para a montagem do transdutor de detecção de deslocamento do alvo magnético. A vibração do alvo foi induzida por uma força sem contato, usando a força acústica produzida por dois feixes concêntricos gerado por elementos piezelétricos confocais de mesma área e com foco comum a 7 cm. O alvo usado foi uma esfera magnética com um raio de 2,36 mm. O aparato foi avaliado por meio de medidas em água e em óleo. Os parâmetros viscoelásticos foram estimados a partir de ajustes não lineares da resposta do transdutor magnético em função da freqüência de modulação. / The acoustic radiation force has been used as the method to examine some materials physical properties in various areas. The vibro-acoustography is a technique that is being used to perform analysis of mechanical properties of materials. This technique involves the application of a focused acoustic modulated force. The excited target will vibrate at the frequency of modulation and the emitted sound is characteristic of the medium mechanical impedance. This sound is detected using a dedicated hydrophone. In this paper, we propose a modification of this technique vibro-acoustography (VAG) and applying a technique called vibro-acustomagnetography (VAMG) replacing the hydrophone by a magnetic sensor with high sensitivity. In this case, the modulated acoustic radiation will be applied on a magnetized target immersed in the fluid under study. With this procedure, static and dynamic displacement of the magnetic target (ball) will be measured when acoustically excited. In this study, we used a magnetoresistive sensor with resolution of about 1 nT for mounting the transducer to detect displacement of the magnetic target. The vibration of the target was induced by a non-contact force, using an ultrasonic beam modulated by two concentric beams generated by two piezoelectric elements confocal of the same area and common focus to 7 cm. The target used was a magnetic sphere with a radius of 2.36 mm. The apparatus was evaluated through of measurements in water and oil. Viscoelastic parameters were estimated fitting the nonlinear response of the magnetic transducer function of frequency modulation.