Doppler and Elastography as complementary diagnostic methods for mammary neoplasms in female cats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ultrassonografia modo b e elastografia arfi pulmonar e hepática fetal como método preditivo para a maturidade dos conceptos em fase final de gestação de cadelas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Clutter elimination for deep clinical optoacoustic imaging using localised vibration tagging (LOVIT)

This paper investigates a novel method which allows clutter elimination in deep optoacoustic imaging. Clutter significantly limits imaging depth in clinical optoacoustic imaging, when irradiation optics and ultrasound detector are integrated in a handheld probe for flexible imaging of the human body. Strong optoacoustic transients generated at the irradiation site obscure weak signals from deep inside the tissue, either directly by propagating towards the probe, or via acoustic scattering. In this study we demonstrate that signals of interest can be distinguished from clutter by tagging them at the place of origin with localised tissue vibration induced by the acoustic radiation force in a focused ultrasonic beam. We show phantom results where this technique allowed almost full clutter elimination and thus strongly improved contrast for deep imaging. Localised vibration tagging by means of acoustic radiation force is especially promising for integration into ultrasound systems that already have implemented radiation force elastography.

Estudo da intensificação da coalescência de emulsões de água em óleo com a aplicação de onda estacionária de ultrassom.

Considerando que o petróleo quando extraído dos poços em águas profundas chega a ter teor de água superior a 50% e que antes de ser enviado à refinaria deve ter uma quantidade de água inferior a 1%, torna-se necessário o uso de técnicas de redução da quantidade de água. Durante a extração do petróleo formam-se emulsões de água em óleo que são muito estáveis devido a um filme interfacial contendo asfaltenos e/ou resinas ao redor das gotas de água. Nesse trabalho é apresentada a utilização de ondas estacionárias de ultrassom para realizar a quebra dessas emulsões. Quando gotículas de água com dimensões da ordem de 10m, muito menores que o comprimento de onda, são submetidas a um campo acústico estacionário em óleo, a força de radiação acústica empurra as gotículas para os nós de pressão da onda. Uma célula de coalescência com frequência central ao redor de 1 MHz, constituída por quatro camadas sendo uma piezelétrica, uma de acoplamento sólido, uma com o líquido e outra refletora, foi modelada empregando o método da matriz de transferência, que permite calcular a impedância elétrica em função da frequência. Para minimizar o efeito do gradiente de temperatura entre a entrada e a saída da cavidade da célula, quando está em operação, foram utilizados dois transdutores piezelétricos posicionados transversalmente ao fluxo que são excitados e controlados independentemente. Foi implementado um controlador digital para ajustar a frequência e a potência de cada transdutor. O controlador tem como entrada o módulo e a fase da corrente elétrica no transdutor e como saída a amplitude da tensão elétrica e a frequência. Para as células desenvolvidas, o algoritmo de controle segue um determinado pico de ressonância no interior da cavidade da célula no intervalo de frequência de 1,09 a 1,15 MHz. A separação acústica de emulsões de água em óleo foi realizada em uma planta de laboratório de processamento de petróleo no CENPES/PETROBRAS. Foram testados a variação da quantidade de desemulsificante, o teor inicial de água na emulsão e a influência da vazão do sistema, com uma potência de 80 W. O teor final de água na emulsão mostrou que a aplicação de ultrassom aumentou a coalescência de água da emulsão, em todas as condições testadas, quando comparada a um teste sem aplicação de ultrassom. Identificou-se o tempo de residência no interior da célula de separação como um fator importante no processo de coalescência de emulsões de água e óleo. O uso de desemulsificante químico é necessário para realizar a separação, porém, em quantidades elevadas implicaria no uso de processos adicionais antes do repasse final do petróleo à refinaria. Os teores iniciais de água na emulsão de 30 e 50% indicam que o uso da onda estacionária na coalescência de emulsões não tem limitação quanto a esse parâmetro. De acordo com os resultados obtidos em laboratório, essa técnica seria indicada como uma alternativa para integrar um sistema de processamento primário em conjunto com um separador eletrostático.

Acoustic Simulation of a Special Switched Reluctance Drive by Means of Field-Circuit Coupling and Multiphysics Simulation

The approach presented in this paper consists of an energy-based field-circuit coupling in combination with multi-physics simulation of the acoustic radiation of electrical machines. The proposed method is applied to a special switched reluctance motor with asymmetric pole geometry to improve the start-up torque. The pole shape has been optimized, subject to low torque ripple, in a previous study. The proposed approach here is used to analyze the impact of the optimization on the overall acoustic behavior. The field-circuit coupling is based on a temporary lumped-parameter model of the magnetic part incorporated into a circuit simulation based on the modified nodal analysis. The harmonic force excitation is calculated by means of stress tensor computation, and it is transformed to a mechanical mesh by mapping techniques. The structural dynamic problem is solved in the frequency domain using a finite-element modal analysis and superposition. The radiation characteristic is obtained from boundary element acoustic simulation. Simulation results of both rotor types are compared, and measurements of the drive are presented.

Calibration of therapeutic ultrasound equipment

Temporal and spatial acoustic intensity (SATA) of therapeutic ultrasound (US) equipment should be monitored periodically. In order to evaluate the conditions of US equipment in use in the city of Piracicaba-Sao Paulo, Brazil, 31 machines - representing all Brazilian manufacturers - were analysed under continuous and pulsed conditions at a frequency of 1 MHz. Data about temporal and spatial acoustic intensity were collected and the use of equipment was surveyed. Intensities of 0.1, 0.2, 0.5, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 and 3.0 Wcm -2, indicated on the equipment panel were analysed using a previously calibrated digital radiation pressure scale, model UPM-DT-1 (Ohmic Instruments Co). The acoustic intensity (I) results were expressed as superior and inferior quartile ranges for transducers with metal surfaces of 9 cm 2 and an effective radiation area (ERA) Of 4 cm 2. The results under continuous conditions were: I 0.1 = -20.0% and -96%. I 0.2 = -3.1% and -83.7%. I 0.5 = -35.0% and -86.5%. I 0.8 = -37.5% and -71.0%. I 2.5 = -49.0% and -69.5%. I 3.0 = -58.1% and -77.6%. For pulsed conditions, intensities were: I 0.1 = -40.0% and -86.2%. I 1.0 = -50.0% and -86.5%. I 1.5 = -62.5% and -82.5%. I 2.0 = -62.5% and -81.6%. I 2.5 = -64.7% and -88.8%. I 3.0 = -87.1% and -94.8%. In reply to the questionnaire drawn up to check the conditions of use of equipment, all users reported the use of hydrosoluble gel as a coupling medium and none had carried out previous calibrations. Most users used intensities in the range of 0.4. to 1.0 Wcm -2 and used machines for 300 to 400 minutes per week. The majority of machines had been bought during the previous seven years and weekly use ranged from less than 100 minutes to 700 minutes (11 hours 40 minutes). Findings confirm previous observations of discrepancy between the intensity indicated on the equipment panel and that emitted by the transducer and highlight the necessity for periodic evaluations of US equipment.

L'élastographie ultrasonore dynamique vasculaire : une nouvelle modalité d'imagerie non-invasive pour la caractérisation mécanique de la thrombose veineuse

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie.

Studies on underwater propagation development of programmable arrays

The thesis presented here includes the designing of underwater transducer arrays, taking into account the ‘interaction effects’ [30] among the closely packed radiators. Methods of minimizing the ‘interaction effects‘ by modifying the radiating aperture, are investigated. The need for this study arises as it is one of the important peculiar limitations that stands in the way of achieving maximum range of transmission of acoustic signals. Application of the modified array format for the generation of narrow beam low frequency sound waves, through nonlinear interactions, is discussed. Other techniques that can be advantageously exploited in array synthesis are also investigated

Action of the gravitational field on the dynamical Casimir effect

In this paper, we analyze the action of the gravitational field on the dynamical Casimir effect. We consider a massless scalar field confined in a cuboid cavity placed in a gravitational field described by a static and diagonal metric. With one of the plane mirrors of the cavity allowed to move, we compute the average number of particles created inside the cavity by means of the Bogoliubov coefficients computed through perturbative expansions. We apply our result to the case of an oscillatory motion of the mirror, assuming a weak gravitational field described by the Schwarzschild metric. The regime of parametric amplification is analyzed in detail, demonstrating that our computed result for the mean number of particles created agrees with specific associated cases in the literature. Our results, obtained in the framework of the perturbation theory, are restricted, under resonant conditions, to a short-time limit.

Orbital evolution of the mu and nu dust ring particles of Uranus

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The role of Mab as a source for the mu ring of Uranus (Research Note)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Technique to combine images produced by different propagation modes of guided waves for damage detection and contrast improvement in plate-like structures

This paper describes an image compounding technique based on the use of different apodization functions, the evaluation of the signals phases and information from the interaction of different propagation modes of Lamb waves with defects for enhanced damage detection, resolution and contrast. A 16 elements linear array is attached to a 1 mm thickness isotropic aluminum plate with artificial defects. The array can excite the fundamental A0 and S0 modes at the frequencies of 100 kHz and 360 kHz, respectively. For each mode two synthetic aperture (SA) images with uniform and Blackman apodization and one image of Coherence Factor Map (CFM) are obtained. The specific interaction between each propagation mode and the defects and the characteristics of acoustic radiation patterns due to different apodization functions result in images with different resolution and contrast. From the phase information one of the SA images is selected at each pixel to compound the final image. The SA images are multiplied by the CFM image to improve contrast and for the dispersive A0 mode it is used a technique for dispersion compensation. There is a contrast improvement of 47.5 dB, reducing the dead zone and improving resolution and damage detection. © 2012 IEEE.

Análise da estabilidade da região externa do sistema Plutão-Caronte após a descoberta dos novos satélites NIX e HIDRA: aplicação à sonda new horizons

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Dinâmica dos anéis de poeira e satélites de Urano e do anel F de Saturno

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Densidade de energia e força de radiação sobre fronteiras em movimento para estados arbitrários do campo: aplicação ao estado coerente

No presente trabalho foi considerado um campo escalar real não massivo em um espaço-tempo bidimensional, satisfazendo à condição de fronteira Dirichlet ou Neumann na posição instantânea de uma fronteira em movimento. Para uma lei de movimento relativística, foi mostrado que as condiçõoes de fronteira Dirichlet e Neumann produzem a mesma força de radiação sobre um espelho em movimento quando o estado inicial do campo é invariante sobre translações temporais. Obtemos as fórmulas exatas para a densidade de energia do campo e da força de radiação na fronteira para os estados de vácuo, coerente e comprimido. No limite não-relativistico, os resultados obtidos coincidem com os encontrados na literatura. Também foi investigado o campo dentro de uma cavidade oscilante. Considerando as condiçõoes de fronteira Neumann e Dirichlet, escreveu-se a fórmulas exata para a densidade de energia dentro de uma cavidade não-estática, para um estado inicial arbitrário do campo. Tomando como base a equação de Moore, nós calculamos recursivamente a densidade de energia e investigamos a evolução temporal da densidade de energia para o estado coerente do campo.