Desarrollo de un sistema mixto magnético-ultrasónico para la caracterización de medios viscoelásticos

Abstract

El presente TFM se enmarca en el área de caracterización de medios viscoelásticos para aplicaciones médicas, como la imagen elastográfica de tejidos biológicos, o aplicaciones industriales, como el control de calidad de alimentos. El objetivo del trabajo es desarrollar un sistema mixto magnético-ultrasónico que permita estimar los parámetros viscoelásticos de un medio a partir del estudio del movimiento de una esfera introducida en este medio. En el desarrollo del trabajo se han creado diferentes subsistemas que conforman el sistema mixto. En primer lugar, se ha desarrollado y caracterizado un sistema de excitación magnética, que consiste en el uso de una bobina alimentada eléctricamente para crear pulsos magnéticos y provocar el movimiento de la esfera ferromagnética. En segundo lugar, se ha implementado un sistema de imagen ultrasónica para monitorizar el movimiento de la esfera a lo largo del tiempo. En tercer lugar, se ha desarrollado un sistema informático que controla el accionamiento de los otros sistemas y además es capaz de estimar los parámetros viscoelásticos del medio estudiado a partir del desplazamiento de la esfera. En el trabajo se han realizado dos experimentos diferentes para examinar el funcionamiento del sistema mixto. El primero ha sido una comparación del desplazamiento de la esfera para diferentes tipos de pulso magnético, y el segundo ha sido un estudio del efecto de la temperatura del medio en el valor estimado de los parámetros viscoelásticos del mismo. Los resultados obtenidos demuestran que el sistema creado posee una buena precisión, robustez y repetibilidad para la caracterización viscoelástica de un medio.

This TFM belongs to the field of characterization of viscoelastic media for medical applications, such as the elastographic imaging of biological tissues, or industrial applications, such as food quality control. The objective of this TFM is to develop a mixed magnetic-ultrasonic system that allows to estimate the viscoelastic parameters of a medium from the study of the movement of a sphere embedded in it. In the development of the project, different subsystems that make up the mixed system have been created. Firstly, a magnetic excitation system has been developed and characterized, consisting of the use of an electrically powered coil to create magnetic pulses and to cause the movement of the ferromagnetic sphere. Secondly, an ultrasonic imaging system has been implemented to monitor the movement of the sphere over time. Thirdly, a computer system has been developed that controls the operation of the other systems and is also capable of estimating the viscoelastic parameters of the medium studied from the displacement of the sphere. In the project, two different experiments have been carried out to examine the operation of the mixed system. The first has been a comparison of the displacement of the sphere for different types of magnetic pulse, and the second has been a study of the effect of the medium temperature on the estimated value of the viscoelastic parameters of the medium. The results obtained show that the system created has a good accuracy, robustness and repeatability for the viscoelastic characterization of a medium.

El present TFM s'emmarca en l'àrea de caracterització de medis viscoelàstics per a aplicacions mèdiques, com la imatge elastogràfica de teixits biològics, o aplicacions industrials, com el control de qualitat d'aliments. L'objectiu del treball és desenvolupar un sistema mixt magnètic-ultrasònic que permeti estimar els paràmetres viscoelàstics d'un medi a partir de l'estudi del moviment d'una esfera introduïda en aquest medi. En el desenvolupament del treball s'han creat diferents subsistemes que conformen el sistema mixt. En primer lloc, s'ha desenvolupat i caracteritzat un sistema d'excitació magnètica, que consisteix en l'ús d'una bobina alimentada elèctricament per crear polsos magnètics i provocar el moviment de l'esfera ferromagnètica. En segon lloc, s'ha implementat un sistema d'imatge ultrasònica per monitoritzar el moviment de l'esfera al llarg del temps. En tercer lloc, s'ha desenvolupat un sistema informàtic que controla l'accionament dels altres sistemes i a més és capaç d'estimar els paràmetres viscoelàstics del medi estudiat a partir del desplaçament de l'esfera. En el treball s'han realitzat dos experiments diferents per examinar el funcionament del sistema mixt. El primer ha estat una comparació del desplaçament de l'esfera per a diferents tipus de pols magnètic, i el segon ha estat un estudi de l'efecte de la temperatura del medi en el valor estimat dels paràmetres viscoelàstics del mateix. Els resultats obtinguts demostren que el sistema creat posseeix una bona precisió, robustesa i repetibilitat per a la caracterització viscoelàstica d'un medi.