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Evaluation of Elastographic techniques generated by means of external vibration
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-12-01) Arroyo Barboza, Johnny Junior; Castañeda Aphan, Benjamín; Salcudean, Tim
Breast cancer is one of the greatest problems of national and international public health, whose incidence among women population shows an increasing trend. Nowadays there are several elastographic techniques, which seek to characterize the tissue, that is, to analyze the response produced by the application of a perturbation in the medium, to describe its mechanical properties. Among the modalities used are ultrasound, nuclear magnetic resonance and optical coherence tomography. On the other hand, among the types of disturbance used are low frequency mechanical waves, a uniform compression force or acoustic radiation force. In this thesis work, ultrasound was used due to its low economical cost in comparison to the other modalities. In addition, the type of perturbation selected was the external mechanical vibration, as it ensures the achievement of quantitative results, there is no risk of temperature rise in the analyzed area and allows the repeatability of the results obtained. Hence, two elastographic techniques were the axes of the present work: vibro-elastography and normal vibration holography. For the first, a calibrated phantom and a gelatin-based phantom were used, in order to characterize and validate the technique over a wide range of excitation frequencies. Posteriorly, 18 patients were analyzed prior biopsy exam, obtaining elastograms and contrasting them with the respective biopsy results. The results suggest that the technique is able to identify the presence of benign or malignant cancer, and the elasticity estimated agree with values reported in the literature. The second technique is proposed in the elastography field for the first time. Based on holography, its experimental scheme is established, and the mathematical expression for shear speed estimation is presented. Results from simulation and experiments performed on homogeneous and heterogeneous phantoms are presented, and the estimates are compared with previously obtained reference values. The results suggest that the estimates are close to the reference values for all media tested, and the technique must be studied in depth to revert artifacts formation.
Generación de patrones de interferencia utilizando sonoelastografía cuantitativa bajo el principio de holografía
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-02-15) Arroyo Barboza, Johnny Junior; Castañeda Aphan, Benjamín
Por lo general, la presencia o aparición de ciertas enfermedades está relacionada a la variación de las propiedades mecánicas (en particular, elásticas) del tejido blando. Entre las técnicas de caracterización de estas propiedades se encuentra la Sonoelastografía Cuantitativa, la cual se ha venido desarrollando en el Laboratorio de Imágenes Médicas de la PUCP, y cuyo funcionamiento está basado en la aplicación de vibraciones mecánicas de baja frecuencia sobre el tejido, con la finalidad de analizar la forma de propagación de la excitación inducida y caracterizar de manera cuantitativa las propiedades mecánicas mostradas. Inicialmente se emplearon dos técnicas sonoelastográficas: Sonoelastografía de Crawling Waves (CWS) y Holografía de Onda de Corte (SWH), las cuales fueron aplicadas sobre un maniquí homogéneo de 10 % de concentración de gelatina y sobre uno de 15% de concentración de gelatina, estimando la velocidad de onda de corte en ambos maniquíes, así como la desviación estándar. A continuación se propone la Sonoelastografía por Holografía Digital (DHS), una técnica que presenta un esquema experimental sencillo, con menor instrumentación y por ende con potencial para aplicaciones in vivo, a diferencia de las dos técnicas previamente analizadas. Se diseña un algoritmo para la formación de patrones de interferencia, a partir de los cuales se estimó la velocidad de propagación y la desviación estándar de un maniquí de 10% de concentración de gelatina y otro de 15% de concentración. Por último, se comparan los resultados obtenidos con las tres técnicas, usando al tiempo de vuelo para poder calcular un valor de velocidad de referencia. Para el caso del maniquí de 10% de concentración, el valor de referencia es de 2.0064 m/s, con CWS se obtuvo 2.0111 ± 0.0383 m/s, con SWH 1.9167 ± 0.0477 m/s y con DHS 2.1067 ± 0.0691 m/s. Por otro lado, para el maniquí de 15% de concentración se obtuvo un valor de referencia de 2.7916 m/s, con CWS se obtuvo 2.8170 ± 0.0565 m/s, con SWH 2.8560 ± 0.1600 m/s y con DHS 2.1449 ± 0.0957 m/s. Para cuantificar la precisión de la estimación se calculó el error relativo entre el resultado obtenido con la técnica propuesta DHS y valor de referencia en cada caso. De esta manera, el error fue de 4.99% en el caso del maniquí de 10% de concentración, mientras que en el maniquí de 15% fue de 23.16%. En tal sentido, se concluye que la técnica realiza una adecuada estimación de velocidad de corte para maniquíes de baja concentración, pues a medida que la concentración aumenta el error en la estimación también lo hace.