Orientador: Ernesto Kemp / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-27T11:36:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nunes_MonicaSoares_M.pdf: 4211832 bytes, checksum: 7414fb6290c92c79d1f11b0fdd3707db (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O estudo da radiação cósmica é de extrema importância para a astrofísica. Partículas oriundas de diferentes locais, tanto do sistema solar, quanto fora dele, chegam constantemente à Terra, carregando muitas informações a respeito da sua origem. Quando essas partículas encontram a atmosfera terrestre da-se início a uma cascata de partículas secundárias resultantes da interação do raio cósmico primário com a atmosfera. Dessa chuva de partículas secundárias, os múons são as partículas carregadas mais abundantes que chegam à superfície da Terra. Múons são altamente penetrantes, o que pode representar um problema muito grande em ex- perimentos, mesmo que subterrâneos, de outras partículas. Devido ao seu grande número, eles se tornam extremamente necessários em reconstruções de chuveiros atmosféricos para obtenção de informações a respeito da partícula primária. Tendo conhecimento de suas características, como por exemplo fluxo, ruídos em experimentos podem ser tratados e outros estudos podem ser otimizados. A intensidade de múons na superfície terrestre é bem conhecida como sendo anisotrópica e com uma dependência do ângulo zenital da forma ? (?) = ?0?osn(?). Por simplicidade nos cálculos, este expoente n é freqüentemente utilizado com valor igual a 2, mas estudos mostram que este parâmetro possui dependência com a posição geográfica e com a faixa de energia dos múons em questão. Esta dissertação propõe um método simples para a precisa determinação do expoente n e da intensidade vertical de múons simultaneamente, que pode ser realizado de maneira rá- pida em qualquer laboratório de raios cósmicos, utilizando detectores de partículas, que juntos formam o chamado Telescópio de Múons. Como resultado da aplicação do método no Laboratório de Léptons em Campinas - SP, foi obtido um valor de n de aproximadamente 2.30 e um valor para a intensidade vertical de múons em torno de 146.40? z/m2sr. Dados muito satisfatórios e de acordo com outros experimentos semelhantes já realizados anteriormente no Laboratório. O método também foi aplicado no Fermilab, localizado nos Estados Unidos. Nesta outra loca- lização geográfica, os resultados diferiram bastante dos obtidos em Campinas, com n aproxima- damente 3.66 e intensidade vertical de múons em torno de 158.33 ? zm-2sr-1. O mesmo experimento com o telescópio será realizado em outras posições geográficas afim de se verificar o comportamento do expoente n e da intensidade vertical de múons em diferentes locais / Abstract: The study of cosmic radiation is of utmost importance to astrophysics. Particles from different locations, from inside the solar system, and outside it, constantly arrive on Earth, carrying a lot of information about its origin. When these particles arrives to Earth¿s atmosphere they initiate a cascade of secondary particles resulting from the interaction of the primary cosmic ray with the atmosphere. From this rain of secondary particles, muons are the most abundant charged particles that reach the Earth¿s surface.Muons are highly penetrating, which can be a very big problem in some experiments, even if underground, of other particles. Because of their large number, they become extremely necessary in reconstructions of air showers to obtain information about the primary particle. Having knowledge of its characteristics, such as flux and distribution, noise in some experiments can be treated and other studies can be optimized.Muon intensity in the Earth¿s surface is well known to be anisotropic and has dependence on the zenith angle of ? (?) = ?0 cosn(?). For simplicity in the calculations, this n exponent is often used with a value of 2, but studies show that this parameter has dependence on the geographical position and on the energy range of muons in question. This dissertation proposes a simple method for accurate determination of the exponent n and muon vertical intensity simultaneously, that can be determined quickly in any laboratory cosmic rays using a particle detector, which was called Muon Telescope. As a result of the application of the method on the Leptons Laboratory, in Campinas - SP - Brazil, the value for n that was obtained is about 2.30 and a value for the vertical intensity of muons around 146.40? z/m2sr. This data is very satisfactory and according to similar experiments previously conducted at the Laboratory.This method was applied on Fermilab, located at the United States. On this new geographical location, the results were different from that obtained at Campinas, with n about 3.66 and the vertical intensity around 158.33 ? zm-2sr-1.The same experiment with the telescope will be held in other geographical locations in order to check the n exponent behavior and the muon intensity at different locations / Mestrado / Física / Mestra em Física

Das bildgebende Prinzip des B-Flow® beruht nicht auf dem Dopplereffekt und hat dadurch Vorteile gegenüber den Dopplerverfahren bezüglich Winkelabhängigkeit, Orts- und Zeitauflösung. Das Verfahren zeichnet sich vor allem durch eine sehr wirklichkeitsgetreue überlagerungsfreie Echtzeitdarstellung von Blutfluss aus (WESKOTT 2000). Veterinärmedizinische Untersuchungen zum B-Flow® gibt es nur wenige (KIEFER et al. 2002) (KIEFER et al. 2004). Um Möglichkeiten und Grenzen dieses neuen Flussdetektionsverfahrens zu evaluieren, wurde folgende Untersuchung durchgeführt. Material und Methoden An verschiedenen Flussphantomen wird die Darstellbarkeit und Genauigkeit der Flussdarstellung vergleichend für den Farbdoppler, Powerdoppler und für B-Flow® untersucht. Der Einfluss von Untersuchungstiefe, Gefäßdurchmesser, Fluss-geschwindigkeit, Einfallswinkel der Schallwellen und Hämatokritwert auf Darstellbarkeit und Genauigkeit aller drei Verfahren wurde unter standardisierten Bedingungen analysiert. Die Flussphantome bestehen aus Plastikgefäßen, die mit Gewebeimitat aus Stärke, Gelatine und Wasser befüllt wurden und deren Innenraum mit jeweils einem Silikonschlauch des Innendurchmessers 1 mm, 2 mm beziehungsweise 5 mm in einem Winkel von 30°, 60° oder 90° durchzogen wurden. Durch die Schläuche wurde mit Hilfe einer Flusspumpe porcines Blut der Hämatokritstufen 10 %, 30 % und 60 % in vier verschiedenen Flussgeschwindigkeiten (0,4 m/s, 0,8 m/s, 1,2 m/s und 1,4 m/s) ge¬pumpt. Die Kombinationen dieser Parameter wurden jeweils in einer Tiefe von 3 cm, 5 cm und 7 cm untersucht. Die Darstellung erfolgte mit einem in seiner Position fixierten ML12 Matrixlinearschallkopf an einem Logiq 9 der Firma General Electrics. Aus den für jede Einstellungskombination erstellten Videosequenzen wurden Standbilder erstellt, im DICOM-Format gespeichert und mit einer für diesen Versuch entwickelten Software nachvermessen. Für die Beurteilung der Darstellbarkeit wurde ein Scoresystem eingeführt. Für die Beurteilung der Genauigkeit der Darstellung wurde aus der Differenz des gemessenen Lumens mit dem tatsächlichen Gefäßinnendurchmesser die absolute Abweichung in mm berechnet und bezüglich der Einflussgrößen ausgewertet. Ergebnisse Die Darstellbarkeit des B-Flow® war den Dopplerverfahren bei 5 mm Gefäßdurchmesser in 3 cm Tiefe überlegen. In Tiefen ab 5 cm ist die Aussagekraft des Verfahrens stark eingeschränkt. In 7 cm Tiefe ist B-Flow® nicht sinnvoll einsetzbar. Es konnte ein Einfluss des Einfallswinkels der Schallwellen sowohl für die Darstellbarkeit als auch für die Genauigkeit der Messung auf alle drei Verfahren festgestellt werden. Nur in 3 cm Tiefe bei einem Gefäßdurchmesser von 5 mm konnte bezüglich der Darstellbarkeit für den B-Flow® eine Winkelunabhängigkeit bestätigt werden. Der Hämatokritwert hatte bei allen drei Verfahren weder auf die Darstellbarkeit noch auf die Genauigkeit einen signifikanten Einfluss. Der Einfluss der Flussgeschwindigkeit auf die Darstellbarkeit war für alle drei Verfahren nicht signifikant. Auf die Genauigkeit konnte ein signifikanter Einfluss nachgewiesen werden. Je schneller der Fluss, desto größer werden die Werte für die absolute Abweichung. Für die Darstellung oberflächennaher Blutflüsse eignet sich B-Flow® sehr gut. Durch die weniger aufwändigen Einstellungsmodalitäten und die sehr detailgetreue Darstellung von Flussmustern ergänzt die Methode mit wesentlichen Zusatzinformationen die Dopplerverfahren.

Das bildgebende Prinzip des B-Flow® beruht nicht auf dem Dopplereffekt und hat dadurch Vorteile gegenüber den Dopplerverfahren bezüglich Winkelabhängigkeit, Orts- und Zeitauflösung. Das Verfahren zeichnet sich vor allem durch eine sehr wirklichkeitsgetreue überlagerungsfreie Echtzeitdarstellung von Blutfluss aus (WESKOTT 2000). Veterinärmedizinische Untersuchungen zum B-Flow® gibt es nur wenige (KIEFER et al. 2002) (KIEFER et al. 2004). Um Möglichkeiten und Grenzen dieses neuen Flussdetektionsverfahrens zu evaluieren, wurde folgende Untersuchung durchgeführt. Material und Methoden An verschiedenen Flussphantomen wird die Darstellbarkeit und Genauigkeit der Flussdarstellung vergleichend für den Farbdoppler, Powerdoppler und für B-Flow® untersucht. Der Einfluss von Untersuchungstiefe, Gefäßdurchmesser, Fluss-geschwindigkeit, Einfallswinkel der Schallwellen und Hämatokritwert auf Darstellbarkeit und Genauigkeit aller drei Verfahren wurde unter standardisierten Bedingungen analysiert. Die Flussphantome bestehen aus Plastikgefäßen, die mit Gewebeimitat aus Stärke, Gelatine und Wasser befüllt wurden und deren Innenraum mit jeweils einem Silikonschlauch des Innendurchmessers 1 mm, 2 mm beziehungsweise 5 mm in einem Winkel von 30°, 60° oder 90° durchzogen wurden. Durch die Schläuche wurde mit Hilfe einer Flusspumpe porcines Blut der Hämatokritstufen 10 %, 30 % und 60 % in vier verschiedenen Flussgeschwindigkeiten (0,4 m/s, 0,8 m/s, 1,2 m/s und 1,4 m/s) ge¬pumpt. Die Kombinationen dieser Parameter wurden jeweils in einer Tiefe von 3 cm, 5 cm und 7 cm untersucht. Die Darstellung erfolgte mit einem in seiner Position fixierten ML12 Matrixlinearschallkopf an einem Logiq 9 der Firma General Electrics. Aus den für jede Einstellungskombination erstellten Videosequenzen wurden Standbilder erstellt, im DICOM-Format gespeichert und mit einer für diesen Versuch entwickelten Software nachvermessen. Für die Beurteilung der Darstellbarkeit wurde ein Scoresystem eingeführt. Für die Beurteilung der Genauigkeit der Darstellung wurde aus der Differenz des gemessenen Lumens mit dem tatsächlichen Gefäßinnendurchmesser die absolute Abweichung in mm berechnet und bezüglich der Einflussgrößen ausgewertet. Ergebnisse Die Darstellbarkeit des B-Flow® war den Dopplerverfahren bei 5 mm Gefäßdurchmesser in 3 cm Tiefe überlegen. In Tiefen ab 5 cm ist die Aussagekraft des Verfahrens stark eingeschränkt. In 7 cm Tiefe ist B-Flow® nicht sinnvoll einsetzbar. Es konnte ein Einfluss des Einfallswinkels der Schallwellen sowohl für die Darstellbarkeit als auch für die Genauigkeit der Messung auf alle drei Verfahren festgestellt werden. Nur in 3 cm Tiefe bei einem Gefäßdurchmesser von 5 mm konnte bezüglich der Darstellbarkeit für den B-Flow® eine Winkelunabhängigkeit bestätigt werden. Der Hämatokritwert hatte bei allen drei Verfahren weder auf die Darstellbarkeit noch auf die Genauigkeit einen signifikanten Einfluss. Der Einfluss der Flussgeschwindigkeit auf die Darstellbarkeit war für alle drei Verfahren nicht signifikant. Auf die Genauigkeit konnte ein signifikanter Einfluss nachgewiesen werden. Je schneller der Fluss, desto größer werden die Werte für die absolute Abweichung. Für die Darstellung oberflächennaher Blutflüsse eignet sich B-Flow® sehr gut. Durch die weniger aufwändigen Einstellungsmodalitäten und die sehr detailgetreue Darstellung von Flussmustern ergänzt die Methode mit wesentlichen Zusatzinformationen die Dopplerverfahren.:1 Einleitung und Fragestellung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Geschichtlicher Überblick der Ultraschalldiagnostik 3 2.1.1 Die Ultraschalldiagnostik in der Tiermedizin 3 2.2 Allgemeine Grundlagen der Sonographie 3 2.3 Dopplersonographie 5 2.3.1 Doppler-Spektralanalyse-Verfahren 6 2.3.2 Farbkodierte Duplexsonographie, FKDS 9 2.3.3 Amplitudenkodierter Doppler, Power Doppler, PDI 12 2.4 B-Flow® 13 2.4.1 Prinzip 14 2.4.2 Vergleich der Eigenschaften von B-Flow® , FKDS und PDI 16 2.4.3 Vorteile des B-Flow® gegenüber anderen Verfahren 16 2.4.4 Nachteile des B-Flow® 18 2.4.5 Einsatz in der Humanmedizin 19 2.4.6 Einsatz in der Veterinärmedizin 20 2.5 Eigenschaften des Blutflusses 21 2.6 Hämatokrit 23 2.7 Blutflussgeschwindigkeiten beim Hund 24 3 Material und Methoden 25 3.1 Technische Ausstattung 25 3.1.1 Ultraschallgerät 25 3.1.2 Schallkopf 25 3.2 Flussphantome 25 3.3 Blut 28 3.4 Verfahren 31 3.5 Geräteeinstellung 32 3.5.1 Messfenster 32 3.5.2 Fokuszone 33 3.5.3 Verstärkung 33 3.5.4 Pulswiederholungsfrequenz (PRF) 34 3.5.5 Farbverstärkung 34 3.6 Untersuchungsablauf 35 3.7 Datenerhebung 36 3.7.1 Darstellbarkeit – Score 36 3.7.2 Messung des dargestellten Lumens 38 3.8 Statistische Methodik 39 4 Ergebnisse 40 4.1 Darstellbarkeit 40 4.1.1 Allgemeiner Vergleich der Darstellbarkeit der drei Verfahren 40 4.1.2 Einfluss der Untersuchungstiefe auf die Darstellbarkeit 41 4.1.3 Einfluss des tatsächlichen Gefäßdurchmessers auf die Darstellbarkeit 45 4.1.4 Einfluss der Flussgeschwindigkeit auf die Darstellbarkeit 48 4.1.5 Einfluss des Einfallswinkels auf die Darstellbarkeit 49 4.1.6 Einfluss des Hämatokrit auf die Darstellbarkeit 51 4.2 Genauigkeit der Darstellung 53 4.2.1 Allgemeiner Vergleich der absoluten Abweichung der drei Verfahren 53 4.2.2 Einfluss der Untersuchungstiefe auf die Genauigkeit der Messung 54 4.2.3 Einfluss des tatsächlichen Gefäßdurchmessers auf die Genauigkeit 57 4.2.4 Einfluss der Flussgeschwindigkeit auf die Genauigkeit 61 4.2.5 Einfluss des Einfallswinkels auf die Genauigkeit der Messung 64 4.2.6 Einfluss des Hämatokritwertes auf die Genauigkeit der Messung 70 5 Diskussion 73 5.1 Diskussion der Methoden 73 5.1.1 Ultraschallgerät 73 5.1.2 Schallkopf 73 5.1.3 Geräteeinstellung 74 5.1.4 Flussphantome 75 5.1.5 Verwendung von porcinem Blut 76 5.1.6 Hämatokrit 77 5.1.7 Flussgeschwindigkeit 78 5.1.8 Pulsatiler Fluss 79 5.1.9 Datenerhebung 80 5.2 Diskussion der Ergebnisse 80 5.2.1 Darstellbarkeit allgemein 80 5.2.2 Darstellbarkeit in Abhängigkeit von der Untersuchungstiefe 81 5.2.3 Darstellbarkeit in Abhängigkeit vom tatsächlichen Gefäßdurchmesser 82 5.2.4 Darstellbarkeit in Abhängigkeit von der Flussgeschwindigkeit 82 5.2.5 Darstellbarkeit in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Schallwellen 83 5.2.6 Darstellbarkeit in Abhängigkeit vom Hämatokrit 84 5.2.7 Messgenauigkeit allgemein 85 5.2.8 Einfluss der Untersuchungstiefe auf die Messgenauigkeit 85 5.2.9 Einfluss des tatsächlichen Durchmessers auf die Messgenauigkeit 86 5.2.10 Einfluss der Flussgeschwindigkeit auf die Messgenauigkeit 86 5.2.11 Einfluss des Einfallswinkels auf die Messgenauigkeit 87 5.2.12 Einfluss des Hämatokrit auf die Messgenauigkeit 88 6 Klinische Schlussfolgerungen 90 7 Zusammenfassung 91 8 Summary 93 9 Literaturverzeichnis 95 10 Anhang 103 10.1 Verzeichnis der Abbildungen 103 10.2 Verzeichnis der Tabellen 110