Publicação

Simulation and design of a photoacoustic nanotechnology-based ultrasound probe for biomedical applications

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O presente trabalho tem como intuito o desenvolvimento de uma sonda de ultrassom altamente miniaturizada, uma vez que existe uma escassez de técnicas adequadas para a monitorização em tempo real de procedimentos minimamente invasivos. A título de exemplo, um dispositivo deste tipo seria altamente vantajoso durante a ressecção de um tumor cerebral, visto que, durante este procedimento, se dá uma alteração da posição do tecido cerebral, causando diferenças notórias entre as imagens pré operatórias e a atual posição dos tecidos. O ultrassom é uma técnica de imagiologia bastante popular por auferir vantagens únicas, das quais se destacam a sua segurança por não usar radiação ionizante, a sua capacidade de fornecer imagens em tempo real, o seu baixo custo e não invasibilidade. Contudo, as sondas de ultrassom convencionais possuem grandes dimensões, o que as torna inadequadas para o uso em cirurgias minimamente invasivas. Assim, neste trabalho foram geradas ondas de ultrassom em consequência da incidência de pulsos de luz numa amostra de MWCNTs coberta com PDMS através do efeito fotoacústico, o qual permite uma elevada miniaturização. Uma conceção teórica e um modelo de simulação numa ferramenta de simulação multifísica foram incluídas para averiguar a influência dos diversos parâmetros no desempenho do sistema. Através desse modelo, obteve-se um emissor acústico direcional com 50 m de dimensão lateral, uma frequência de emissão máxima de 9 MHz e uma pressão acústica de 13.5 Pa a uma distância de 0.3 mm. De seguida, foi implementada uma configuração experimental com o intuito de verificar a ocorrência do efeito fotoacústico, sendo que nessas condições seria previsto, pelo modelo de simulação, a deteção de uma onda com 415 kPa a 0.3 mm maioritariamente à frequência de 400 kHz. Na prática, foi detetada uma onda com cerca de 250 kPa de amplitude a 2 MHz, bem como múltiplas réplicas resultantes da reflexão dessa onda nas paredes do recipiente onde se encontrava a amostra. Os benefícios supracitados tornam esta técnica bastante promissora para a melhoria dos cuidados de saúde prestados, possibilitando uma monitorização em tempo real mais precisa durante procedimentos minimamente invasivos. Como tal, estas cirurgias proporcionarão melhores resultados, aumentando as taxas de sucesso e a qualidade de vida dos pacientes.
Autores principais:	Barbosa, Rita Clarisse da Silva
Assunto:	Efeito fotoacústico Ferramenta de simulação multifísica Monitorização em tempo real Procedimentos minimamente invasivos Sonda de ultrassom altamente miniaturizada. Highly miniaturized ultrasound probe Minimally invasive procedures Multiphysics simulation tool Photoacoustic effect Real-time monitoring techniques
Ano:	2022
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	inglês
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	O presente trabalho tem como intuito o desenvolvimento de uma sonda de ultrassom altamente miniaturizada, uma vez que existe uma escassez de técnicas adequadas para a monitorização em tempo real de procedimentos minimamente invasivos. A título de exemplo, um dispositivo deste tipo seria altamente vantajoso durante a ressecção de um tumor cerebral, visto que, durante este procedimento, se dá uma alteração da posição do tecido cerebral, causando diferenças notórias entre as imagens pré operatórias e a atual posição dos tecidos. O ultrassom é uma técnica de imagiologia bastante popular por auferir vantagens únicas, das quais se destacam a sua segurança por não usar radiação ionizante, a sua capacidade de fornecer imagens em tempo real, o seu baixo custo e não invasibilidade. Contudo, as sondas de ultrassom convencionais possuem grandes dimensões, o que as torna inadequadas para o uso em cirurgias minimamente invasivas. Assim, neste trabalho foram geradas ondas de ultrassom em consequência da incidência de pulsos de luz numa amostra de MWCNTs coberta com PDMS através do efeito fotoacústico, o qual permite uma elevada miniaturização. Uma conceção teórica e um modelo de simulação numa ferramenta de simulação multifísica foram incluídas para averiguar a influência dos diversos parâmetros no desempenho do sistema. Através desse modelo, obteve-se um emissor acústico direcional com 50 m de dimensão lateral, uma frequência de emissão máxima de 9 MHz e uma pressão acústica de 13.5 Pa a uma distância de 0.3 mm. De seguida, foi implementada uma configuração experimental com o intuito de verificar a ocorrência do efeito fotoacústico, sendo que nessas condições seria previsto, pelo modelo de simulação, a deteção de uma onda com 415 kPa a 0.3 mm maioritariamente à frequência de 400 kHz. Na prática, foi detetada uma onda com cerca de 250 kPa de amplitude a 2 MHz, bem como múltiplas réplicas resultantes da reflexão dessa onda nas paredes do recipiente onde se encontrava a amostra. Os benefícios supracitados tornam esta técnica bastante promissora para a melhoria dos cuidados de saúde prestados, possibilitando uma monitorização em tempo real mais precisa durante procedimentos minimamente invasivos. Como tal, estas cirurgias proporcionarão melhores resultados, aumentando as taxas de sucesso e a qualidade de vida dos pacientes.