Quantitative Sono-Elastographie ist eine neue Technologie für die Ultraschall Bildgebung, die Radiologen maligne Tumoren ohne Risiko der strahlungsinduzierten Krebs (d.h. Mammographie) zu erfassen können. Aufgrund gefunden Rechenkomplexität in der aktuellen Algorithmen, Implementierung von Echtzeit-Anwendungen, die Prüfungsverfahren profitieren wurde jedoch noch nicht berichtet. Zusätzlich, aktuelle Schätzer für die Darstellung eine Elastizität Bilder vorhanden Artefakte der hohen Schätzung Varianz, die die Techniker in die Gegenwart steifer Massen irreführen könnten und zwar, falsch-positive Diagnose zu erzeugen. In dieser Arbeit wird eine GPU-basierte Elastographie-System entwickelt und an einem Forschungsultraschallgeräten implementiert. Quantitative Elastizität in Echtzeit bei 2 FPS mit einer Verbesserung Rechenzeitfaktor aus 26 wird gezeigt. Validierung der Systemgenauigkeit Anzeige wurde, auf Gelatinebasis Gewebe Phantome durchgeführt., waren niedrige Vorspannung der Elastizitätswerte berichtet wurde (4,7 %) bei geringe Anregungsfrequenzen nachahmt. Ausserdem wird eine neue Elastizität Schätzer auf quantitative Sono-Elastographie basiert eingeführt. Ein lineares Problem wurde entlang der seitlichen Abmessung modelliert und eine Regularisierung Methode wurde implementieren. Elastizität Bilder mit niedriger Vorspannung wurde darstellen (1,48 %) sowie seine Leistung in einer Brust kalibrierte Phantom mit verbesserter CNR (47,3 dB) im Vergleich mit anderen Schätzer ausgewertet sowie die Verringerung Seiten Artefakte bereits erwähnt in der Literatur (PD: 22,7 dB, 1DH 28,7 dB) gefunden. Diese zwei Beitrag profitieren, die Umsetzung und Entwicklung weiterer Elastographie Techniken, die eine verbesserte Qualität der Elastizität Bilder liefern könnten und somit eine verbesserte Genauigkeit der Diagnose. / Quantitative sonoelastography is an alternative technology for ultrasound imaging that helps radiologist to diagnose malignant tumors with no risk of radiation-induced cancer (i.e. mammography). However, due to the high computational complexity found in the current algorithms, implementation of real-time systems that could benefit examination procedures has not been yet reported. Additionally, elasticity maps depicted from current estimators feature artifacts of high estimation variance that could mislead the technician into the presence of stiffer masses, generating false positive diagnosis. In this thesis, a GPU-based elastography system was designed and implemented on a research ultrasound equipment, displaying quantitative elasticity in real-time at 2 FPS with an improvement computational time factor of 26. Validation of the system accuracy was conducted on gelatin-based tissue mimicking phantoms, where low bias of elasticity values were reported (4.7%) at low excitation frequencies. Additionally, a new elasticity estimator based on quantitative sonoelastography was developed. A linear problem was modeled from the acquired sonolastography data along the lateral dimension and a regularization method was implemented. The resulting elasticity images presented low bias (1.48%), enhanced CNR and reduced lateral artifacts when evaluating the algorithm’s performance in a breast calibrated phantom and comparing it with other estimators found in the literature. These two contribution benefit the implementation and development of further elastography techniques that could provide enhanced quality of elasticity images and thus, improved accuracy of diagnosis. / 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

Ce travail s’intéresse à évaluer l’efficacité de procédés d’oxydation avancée pour l’élimination de pesticides dans l’eau, plus particulièrement l’acide 2,4-dichlorophénoxyacétique (2,4-D), un herbicide largement répandu, qui a été récemment classé comme cancérogène possible pour l’homme. Ces procédés utilisent différents types de rayonnement – UV/visible, ultrasons, rayons gamma –, seuls ou en combinaison avec des oxydants et/ou catalyseurs (ozone, peroxyde d’hydrogène, réactif de Fenton). L'influence du pH, de la dose d'oxydant, du type et de la concentration du catalyseur, du spectre d'irradiation lumineuse, de la dose de rayons gamma et de la fréquence ultrasonore est également analysée, de façon à déterminer par plans d’expériences les plages de fonctionnement optimales pour la conversion et la minéralisation du polluant. Parmi les procédés individuels, seules l’ozonation et l’oxydation Fenton homogène d’une part, la photolyse et l’irradiation gamma d’autre part permettent d’éliminer plus de 25% du carbone organique total en 1 heure. La sonolyse (à haute fréquence) apparaît comme le traitement moins performant, avec une dégradation du 2,4-D inférieure à 15% sur la même durée. Par ailleurs, des effets synergiques marqués sont mis en évidence en associant les différents types de rayonnement avec H2O2 ou le réactif de Fenton. Dans le dernier cas, le polluant est décomposé en moins de 10 minutes, tandis que le rendement de minéralisation est plus que doublé par rapport aux procédés séparés. Il en est de même pour le procédé couplé UV/O3 par rapport à l’ozonation et la photolyse seules. Ramenés à leur consommation énergétique, les traitements les plus efficaces sont, respectivement en termes de conversion et de minéralisation, l’oxydation radio-Fenton et l’oxydation photo-Fenton utilisant une lampe UV à basse pression de mercure. Par ailleurs, contrairement à la photolyse, ce dernier procédé est également activé par une lampe à arc Xenon, dont le spectre d’émission est proche de celui de la lumière du soleil. Sur la base de ces résultats, un photo-réacteur solaire à recirculation est mis en œuvre pour traiter par oxydation photo-Fenton homogène des solutions de 2,4-D, préparées dans l’eau du robinet ou une eau résiduaire en entrée de station d’épuration. Dans les deux cas, la conversion du pesticide dépasse 95% en 1 heure et sa minéralisation 75% en 5 heures. Par ailleurs, l’eau ainsi traitée respecte tous les paramètres de qualité établis par la norme cubaine de rejet des eaux usées, en incluant une étape successive de neutralisation avec Ca(OH)2 et de filtration. Enfin, plusieurs parmi les meilleurs procédés sont évalués pour éliminer deux autres pesticides organochlorés, particulièrement toxiques et persistants dans l’environnement : le chlordécone et le bêta-hexachlorocyclohexane. Des résultats encourageants sont obtenus, avec une dégradation pratiquement totale des polluants en cinq heures, ce qui démontre l’intérêt des méthodes étudiées pour cette problématique.

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

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Foresta

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Matemáticas Aplicadas / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Matemático / En el contexto de estudios biomecánicos en medicina, existen diversas preguntas por responder, fluctuando desde el modelamiento mismo de tejidos u órganos a la simulación, predicción y validación de los diversos procedimientos experimentales que determinan factores clínicos de interés tal como son los parámetros de espesor, porosidad, rigidez, etc. Este trabajo está orientado en esta última dirección, mediante el cual se propone una formalización, justificación teórica y validación del problema directo de modelar el comportamiento mecánico de un hueso cortical de un nuevo procedimiento de ultrasonido. Así, mediante la teoría de homogenización, se modela la propagación de una guía de ondas en un hueso poroso ideal-izado e implementa numéricamente un modelo electrodinámico usando librerías al estado del arte. Los resultados obtenidos se comparan con la literatura reciente que propone el modelo experimental usado, validando el modelo numérico. Similarmente se estudia la presencia de viscosidad sobre el hueso mediante un modelo tipo Kelvin-Voigt, con predicciones en los factores de calidad que investigan efectos de amortiguamiento, comparable con limitados resultados experimentales recientes. In the context of biomechanical assessment of bone in medicine, there are abundant questions to be answered, fluctuating from the modelling itself of tissues and organs to the simulation, prediction and validation of the different kind of experimental procedures that determine clinical factors of interest such as the thickness, porosity, stiffness constants, etc. This work is oriented in the later direction in which it is proposed a formalization, theoretical justification and validation of the direct problem related to modelling the mechanical behavior of cortical bone from a new ultrasound experimental procedure. By means of homogenization theory, it is described the propagation of a guided-wave in porous bone and implemented numerically an elastodynamic model by applying state-of-art libraries using FEM method. The results obtained are then compared with recent literature that propose the experimental procedure, validating the numerical model. Similarly, it is studied the presence of viscoelastic type behavior in bone by applying a Kelvin-Voigt model, predicting quality factors that assess damping effects which in particular are comparable with recent and limited experimental results. / Fondecyt 1151512 y CMM Conicyt PIA AFB170001. NLHPC: Esta tesis fue parcialmente apoyada por la infraestructura de supercómputo del NLHPC (ECM-02)

The pathological states of biological tissue are often related in attenuation changes of itself. Thus, information about attenuating properties of tissue is valuable for the physician and could be useful in ultrasonic diagnosis. However, accurate characterization of tissue pathologies using ultrasonic attenuation is strongly dependent on the accuracy of the algorithm that is used to obtain the attenuation coefficient estimates. In the present document, we derive a new attenuation estimation method which uses the analytical backscatter coefficient (BSC) diffraction compensation function for single-element transducers proposed by Chen et al. and compare it to a reference phantom attenuation estimation method. The accuracy of the two methods was evaluated. The results showed that an accurate attenuation coefficient mean value can be estimated by the two methods presenting a low mean percentile error (MPE<6%). However, the coefficient of variation of the estimates remains higher than the desired values (CV>62%). Moreover, to remove the inherent size of the ROI’s limitation due to the high variability of the estimator, the use of full angular spatial compounding was extended to the estimation of attenuation coefficients and its performance was experimentally evaluated using two physical phantoms. The results suggest that the variance and field of view of attenuation imaging can be significantly improved without sacrificing estimation accuracy. Based on these observations, the analytic diffraction compensation method was applied in an animal model to estimate the mean attenuation value of thyroids lobes. To reduce variability on the estimates, a three neighboring layer spatial compounding approach was applied. The results suggest the mean attenuation value can potentially discriminate a particular pathology on thyroid from malignant and normal tissues. The final conclusions lead to remark the potential of parametric imaging of tissue attenuation by the analytic diffraction compensation method in conjunction with spatial compounding as a useful tool for medical detection and diagnostic. / Tesis

Identifica la correlación entre el área de la gelatina de Wharton en un corte transversal y el peso fetal por encima del percentil 90 evaluados por ultrasonografía en gestantes a término del Servicio de Diagnóstico Médico – Lima entre los meses de octubre - noviembre 2018. El estudio es de tipo observacional, prospectivo y de corte transversal, de nivel relacional, con diseño correlacional. El tamaño de la muestra fue de 96 ultrasonografías en gestantes a término atendidas en el Servicio de Diagnóstico Médico de octubre a noviembre del 2018. Para analizar la correlación entre las variables se utilizó la prueba Rho de Spearman y la prueba no paramétrica de Fisher. El área promedio de la gelatina de Wharton fue de 236.4 mm2 y el 84.4% del área de la gelatina de Wharton se encuentra por encima del percentil 95 y el 15.6% por debajo del percentil 95%. El promedio del peso fetal según método Hadlock IV fue de 3794.2 gr, encontrándose el 90.6% del peso fetal se encuentra por encima del percentil 90. Asimismo se evidencia que existe una relación directa, moderada y muy significativa entre el área de la gelatina de Wharton medida por ultrasonografía y el ponderado fetal por Hadlock IV, obteniéndose un coeficiente de correlación de Rho de Spearman = 0.651, con un ρ = 0.000. Existe relación significativa entre el área de la Gelatina de Wharton por encima del percentil 95 con la presencia de macrosomía según peso real al nacer (p=0.000). Se concluye que existe correlación significativa entre el área de la Gelatina de Wharton en un corte transversal y el peso fetal por encima del percentil 90 evaluados por ultrasonografía en gestantes a término del Servicio de Diagnóstico Médico – Lima entre los meses de octubre - noviembre 2018. / Tesis

La 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. / Tesis