Estudos de técnicas ultrassônicas para análise de propriedades mecânicas de meios viscoelásticos - Pavan, Théo Zeferino (2011)
Mudanças nas características mecânicas de tecidos biológicos geralmente estão relacionadas com algum tipo de patologia. Técnicas de imagens elastográficas são métodos quantitativos de se estimar as propriedades mecânicas de tecidos. Em geral, o objetivo destas técnicas de imagem é medir o movimento do tecido provocado por uma força interna ou externa. Por meio desse movimento, parâmetros viscoelásticos do meio em análise são reconstruídos. A força de excitação pode ser tanto quasi-estática, como dinâmica. O trabalho apresentado nesta tese aborda as técnicas de elastografia dinâmica e quasi-estática. Na abordagem quasi-estática, a elasticidade não-linear é estudada através de phantoms com características que simulam as do tecido humano. Na abordagem dinâmica, o movimento dinâmico promovido por força de radicação acústica é avaliado através de técnicas ultrassônicas e magnéticas. O desenvolvimento de materiais para serem usados como phantoms para elastografia por ultrassom é descrito. O comportamento elástico não-linear desses materiais foi analisado através de resultados de ensaios mecânicos. Esses materiais foram desenvolvidos para apresentarem uma relação tensão/deformação que não dependesse do módulo de cisalhamento para pequenas deformações, e foram projetados para serem usados em phantoms em que configurações heterogêneas são empregadas (por exemplo, phantoms com inclusões esféricas). O efeito da não-linearidade elástica dos materiais sobre o contraste, a relação sinal ruído e a relação contraste ruído de imagens elastográficas de um phantom contendo inclusões esféricas, sofrendo altas deformações (até 20%) foi investigada. Foi demonstrada a viabilidade de se medir movimentos vibratórios induzidos por feixes acústicos confocais através de um ultrassom Doppler que utiliza ondas contínuas. A interferência de feixes de ultrassom com pequena diferença de frequências provoca o aparecimento de uma força dinâmica no alvo. Foi demonstrada a formação de imagens de uma esfera rígida imersa em um phantom viscoelástico, através da varredura de ambos os transdutores (confocal e Doppler) pelo plano focal do transdutor confocal. O comportamento dinâmico de uma esfera magnetizada induzido por força de radicação acústica foi investigado. A esfera foi suspensa em água em configuração de pêndulo. Forcas estática de longa (poucos segundos) e curta (poucos milisegundos) duração foram utilizadas. O movimento da esfera foi medido através de um sensor magnetoresistivo. A partir da nova posição de equilíbrio em resposta à força de radicação de longa duração, a amplitude dessa força foi estimada. Para se estimar a viscosidade da água, o movimento de relaxação da esfera após a força ter sido desligada foi ajustado a um modelo de movimento-harmônico amortecido. O movimento de uma esfera rígida imersa em um phantom feito de gelatina, deslocada por força de radicação acústica, foi avaliado por meio de ecos ultrassônicas obtidos com um sistema pulso/eco. A teoria utilizada para se estimar os parâmetros viscoelásticos do phantom, usando o movimento induzido na esfera, é uma extensão da teoria usada para se estimar a viscosidade da água.