On the assessment of time-shift variations from backscattered ultrasound for large temperature changes in biological phantoms

This work reports the assessment of time-shifts (TS) from backscattered ultrasound (BSU) signals when large temperature variations (up to 15 degrees C) were induced in a gel-based phantom. The results showed that during cooling temperature is linear with TS at a rate of approximately 74 ns/degrees C. However during a complete heating/cooling cycle, the relation is highly non-linear. This can be explained by the fact that during cooling the temperature distribution is more uniform. Another problem to report is that TS is very sensitive to external movements.

Soft-computing techniques applied to artificial tissue temperature estimation

Tese dout., Engenharia electrónica e computação - Processamento de sinal, Universidade do Algarve, 2008

Tissue temperature estimation with pulse-echo in blood flow presence

Aiming at time-spatial characterization of tissue temperature when ultrasound is applied for thermal therapeutic proposes two experiments were developed considering gel-based phantoms, one of them including an artificial blood vessel. The blood vessel was mimicking blood flow in a common carotid artery. For each experiment phantoms were heated by a therapeutic ultrasound (TU) device emitting different intensities (0.5, 1, 1.5, 1.8 W/cm2). Temperature was monitored by thermocouples and estimated through imaging ultrasound transducer's signals within specific special points inside the phantom. The temperature estimation procedure was based on temporal echo-shifts (TES), computed based on echo-shifts collected through image ultrasound (IU) transducer. Results show that TES is a reliable non-invasive method of temperature estimation, regardless the TU intensities applied. Presence of a pulsatile blood flow vessel in the focal point of TU transducer reduces thermal variation in more than 50%, also affecting the temperature variation in the surrounding area. In other words, vascularized tissues require longer ultrasound thermal therapeutic sessions or higher TU intensities and inclusion of IU in the therapeutic procedure enables non-invasive monitoring of temperature. © 2013 IEEE.

Deteção automática de eventos em sinais Doppler de fluxo sanguíneo

Os sinais de fluxo sanguíneo são sinais aleatórios que, além de variarem de individuo para individuo, variam também consoante o ciclo cardíaco em análise. Sendo o diagnóstico de patologias cardiovasculares fortemente baseado em sinais de ultrassom Doppler representados em forma de espectrograma, e tendo em consideração que o ruído do tipo speckle é parte integrante dos sinais ultrassónicos, torna-se vital a pesquisa de métodos de eliminação desse tipo de ruído e de caracterização precisa dos parâmetros desses sinais biomédicos por forma a melhorar a qualidade do diagnóstico clínico. Com esta tese pretende-se desenvolver uma ferramenta computacional que possibilite a extração automática dos parâmetros pico sistólico, fim de diástole e de outros eventos clinicamente relevantes de sinais Doppler de fluxo sanguíneo, com especial atenção ao sinal proveniente da artéria carótida. Esta investigação vem na continuidade de um projeto realizado anteriormente no Grupo de Processamento de Sinal Biomédico da Universidade do Algarve, no qual foi desenvolvido um sistema de redução de ruído de espectrogramas Doppler. Este sistema de remoção de ruído será aqui aplicado e melhorado. Para a deteção e extração automática de parâmetros clínicos, foi desenvolvido um algoritmo que recebe um sinal de Doppler e que tem como saída o espectrograma livre de ruído e os valores dos parâmetros clínicos calculados. O algoritmo desenvolvido está dividido em três partes principais. A primeira, consiste na transformada do sinal para os domínios tempo-frequência para a criação do espectrograma e na aplicação de uma metodologia de remoção do ruído do tipo speckle do espectrograma. A fase seguinte é a criação de um sinal bidimensional a partir do espectrograma, o qual é criado para possibilitar a sua caraterização. Por último, desenvolveu-se uma fase dedicada à caracterização do sinal, tendo como principais funções a deteção dos eventos clínicos de pico sistólico, fim de diástole, índice de pulsação, índice de resistência e ratio sístole-diástole. A refinação de atuação de cada uma das três partes mencionadas pode ser ajustada pelo utilizador, tendo para o efeito sido desenvolvido uma interface gráfica na qual a interação do utilizador com o programa global é facilitada. Versatilidade e eficácia do algoritmo desenvolvido foram demonstradas pelos resultados obtidos com três sinais de Doppler de diferentes origens: um de origem clínica, um sinal de fluxo em artéria carótida simulado experimentalmente recorrendo a phantoms, e um sinal de fluxo simulado computacionalmente. Para cada um destes sinais são apresentados os valores das variáveis considerados preferenciais para o ajuste ao respetivo sinal e os respetivos espetros de ruído reduzido. Os resultados da extração automática dos parâmetros clínicos dos três sinais, comprovou a utilidade clínica do algoritmo desenvolvido.