Implementação de um sistema teranóstico de mama guiado por ultrassom

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Assugeni Neto, Nilton
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
3D Ultrasound
HIFU
Reconstrução volumétrica
Teranóstica
Theranostics
Ultrassonografia 3D
Volumetric reconstruction
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59135/tde-04122025-183950/
Resumo: O câncer de mama representa um desafio relevante para a saúde pública global, exigindo métodos de detecção precoce e tratamentos eficazes. A ultrassonografia, por ser não invasiva, de baixo custo e amplamente acessível, destaca-se em contextos com recursos limitados, embora a dependência do operador em sistemas convencionais possa comprometer a reprodutibilidade e a estabilidade do transdutor. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e validação de um protótipo automatizado de baixo custo para reconstrução volumétrica tridimensional da mama por ultrassom clínico e hipertermia por ultrassom focalizado (HIFU). O sistema integra a plataforma open-source Telemed ArtUS EXT-1H a uma estrutura mecânica personalizada, com módulo de translação vertical e plataforma rotativa controlada por Arduino, possibilitando aquisição volumétrica em múltiplas camadas por varreduras rotacionais de 360° e deslocamentos verticais precisos, utilizando o transdutor linear L12-5N40-A4 com otimizações para garantir imersão e alinhamento. Os dados de radiofrequência (RF) foram processados em MATLAB com interpolação radial e preenchimento de voxels, reduzindo artefatos e otimizando a reconstrução, enquanto a calibração dos deslocamentos em múltiplos do pitch assegurou coerência espacial. Os resultados demonstraram operação robusta e sincronizada dos módulos mecânicos e eletrônicos, com fusos trapezoidais conferindo estabilidade, e testes com phantoms simulando tecido mamário e inclusões validaram a capacidade do protótipo em gerar reconstruções volumétricas de alta fidelidade, com visualização precisa de estruturas internas. Além da reconstrução volumétrica, a plataforma incorpora um transdutor monoelemento para tratamento de lesões por hipertermia HIFU, monitorado pelo transdutor clínico, sendo que mapas de deslocamento calculados pelo método de Lucas-Kanade confirmaram a eficácia do procedimento térmico. Assim, o projeto contribui para democratizar o imageamento mamário guiado por ultrassom, oferecendo uma solução replicável em ambientes de recursos limitados e apoiando tanto o rastreamento quanto o tratamento do câncer de mama.
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O sistema integra a plataforma open-source Telemed ArtUS EXT-1H a uma estrutura mecânica personalizada, com módulo de translação vertical e plataforma rotativa controlada por Arduino, possibilitando aquisição volumétrica em múltiplas camadas por varreduras rotacionais de 360° e deslocamentos verticais precisos, utilizando o transdutor linear L12-5N40-A4 com otimizações para garantir imersão e alinhamento. Os dados de radiofrequência (RF) foram processados em MATLAB com interpolação radial e preenchimento de voxels, reduzindo artefatos e otimizando a reconstrução, enquanto a calibração dos deslocamentos em múltiplos do pitch assegurou coerência espacial. Os resultados demonstraram operação robusta e sincronizada dos módulos mecânicos e eletrônicos, com fusos trapezoidais conferindo estabilidade, e testes com phantoms simulando tecido mamário e inclusões validaram a capacidade do protótipo em gerar reconstruções volumétricas de alta fidelidade, com visualização precisa de estruturas internas. Além da reconstrução volumétrica, a plataforma incorpora um transdutor monoelemento para tratamento de lesões por hipertermia HIFU, monitorado pelo transdutor clínico, sendo que mapas de deslocamento calculados pelo método de Lucas-Kanade confirmaram a eficácia do procedimento térmico. Assim, o projeto contribui para democratizar o imageamento mamário guiado por ultrassom, oferecendo uma solução replicável em ambientes de recursos limitados e apoiando tanto o rastreamento quanto o tratamento do câncer de mama.Breast cancer remains a major global public health challenge, demanding early detection methods and effective treatments. Ultrasound, being non-invasive, affordable, and widely accessible, plays a key role, particularly in resource-limited settings; however, operator dependence in conventional systems can compromise reproducibility and transducer stability, limiting its use in precision diagnostics and therapies. This work presents the development and validation of a low-cost automated prototype for three-dimensional volumetric breast reconstruction using clinical ultrasound and high-intensity focused ultrasound (HIFU) hyperthermia. The system integrates the open-source Telemed ArtUS EXT-1H platform with a customized mechanical structure, including a vertical translation module and a rotary stage controlled by Arduino, enabling multilayer volumetric acquisition through 360° rotational scans combined with precise vertical displacements, employing the L12-5N40-A4 linear transducer with mechanical and sealing optimizations to ensure immersion and alignment. Acquired radiofrequency (RF) data were processed in MATLAB using radial interpolation and voxel filling to minimize artifacts and enhance reconstruction quality, with displacement calibration in multiples of the transducer pitch ensuring spatial coherence. Results demonstrated robust and synchronized operation of the mechanical and electronic modules, with trapezoidal screws providing system stability, and tests with breast-mimicking phantoms and inclusions validated the prototype\'s ability to generate high-fidelity volumetric reconstructions with accurate visualization of internal structures. Beyond volumetric imaging, the platform incorporates a single-element transducer for HIFU hyperthermia treatment of breast lesions, simultaneously monitored by the clinical transducer, with displacement maps computed using the Lucas-Kanade method confirming the effectiveness of the thermal procedure. Overall, this project contributes to the democratization of ultrasound-guided breast imaging, offering a replicable solution for low-resource environments and supporting both screening and treatment of breast cancer.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPCarneiro, Antonio Adilton OliveiraAssugeni Neto, Nilton2025-10-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59135/tde-04122025-183950/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2026-04-10T19:15:02Zoai:teses.usp.br:tde-04122025-183950Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212026-04-10T19:15:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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