Com a corrente induzida, foi possível acender sete led's.
quarta-feira, 15 de outubro de 2008
O Projeto Biothim
A idéia inicial é que o projeto será composto por duas unidades: unidade implantável e unidade de leitura. A seguir será apresentada uma versão preliminar proposta para sua execução, que, possivelmente, sofrerá adaptações ao longo do desenvolvimento.
A unidade implantável será um circuito passivo, ou seja, receberá energia de fonte externa, proveniente da unidade de leitura, por acoplamento magnético, devido a uma bobina próxima a outra ocorrer uma interação de fluxo magnético provocando uma indução de tensão nas bobinas descritas pela Lei de Faraday.
Essa tensão induzida no circuito tanque LC (indutor e capacitor) alimentará um microcontrolador de baixo consumo, que em uma de suas I/O será ligado um transdutor resistivo (NTC, PTC, ou similar) ligado em série com um capacitor, para quando existir uma variação na temperatura no transdutor, conseqüentemente a resistência irá aumentar ou subir de acordo com a variação fazendo com que a constante RC do capacitor (τ) varie, sendo assim analisada por um conversor A/D (analógico para digital).
Esta constante de tempo medida pelo microcontrolador pode ser transmitida ao circuito de leitura de maneira digital e propõe-se, inicialmente, que para isto seja utilizada modulação LSK (LSK – Load Shift Keying).
Brevemente, pode-se dizer que esta é uma técnica de chaveamento onde ocorrem variações de carga no circuito tanque do sensor, que são refletidas como alterações de carga no circuito LC da unidade de leitura.
A unidade de leitura será composta basicamente por um oscilador, um circuito tanque LC, circuitos para detecção de variação de carga e posterior comunicação com um PC para visualização da temperatura através de um software desenvolvido em C++, com possibilidade de comunicação com dispositivo móvel via sockets.
Não Estão Incluso no Escopo do Projeto
O projeto tem uma ampla diversidade de tecnologias que poderiam ser feitas, mas que não serão implementadas nessa versão, mas talvez nos próximos anos.
A unidade implantável não será implantada em organismos vivos (“in vivo”), mas sim simulada em testes “in vitro”, pelo fato da complexidade de construção de bobinas muito pequenas, e de trabalhar com materiais especiais para que o organismo não sofra rejeições do corpo estranho.
O parâmetro a ser medido será a temperatura corporal através de transdutores resistivos como o PTC ou NTC, mas nada impediria de serem medidos outros parâmetros como força e pressão apenas mudando o transdutor resistivo.
O circuito da unidade implantável será passivo (sem uso de fontes de alimentação), recebendo energia externa por acoplamento magnético, no qual deverá ser muito próximo para haver a transferência de energia por indução, mas poderia ser de uma distância maior.
A técnica de comunicação a ser usada para a leitura do parâmetro temperatura será a grid-dip, mas existem várias outras técnicas de que poderiam ser usadas.
Mas tudo isso depende de custos, capacitação, tempo e muito, muito estudo.
Objetivos do Projeto
São objetivos a serem alcançados durante a execução do Projeto:
- Medição remota de parâmetros fisiológicos;
- Uso de Sensores Remotos passivos;
- Aprofundar conhecimentos sobre técnicas de comunicação passiva;
- Exemplificar aplicabilidade através da monitoração remota de temperatura interna com experimento “in vitro”;
- Transmissão do parâmetro fisiológico monitorada para um dispositivo móvel via sockets;
Iniciação científica, incluindo pesquisa em diferentes publicações; - Gerenciamento de projetos;
- Ampliar conhecimento sobre Engenharia Biomédica.
Metodologia
A metodologia desse projeto será em primeiro lugar fundamentar preceitos teóricos como biotelemetria, circuitos ressonantes, acopladores magnéticos, indutância mútua, fatores de qualidade, técnicas “grid-dip e LSK (Load-Shift Keying)”, modelos de transformadores, eletromagnetismo, entre outros.
Em seguida será feito a prototipagem de acoplamento magnético para transferência de energia e as especificações dos circuitos de excitação, sensoriamento e leitura, assim podendo realizar testes envolvendo o protótipo completo. Então será desenvolvido um software em linguagem C++ para aquisição e processamento dos dados e então poder ser visualizado em um computador.
Os equipamentos que utilizaremos serão osciloscópio para exibir os formatos de ondas gerados pelo oscilador, amplitude de sinais, multímetros para medição de correntes, tensões e outros testes, fontes de alimentação, geradores de função para não precisar desenvolver circuitos osciladores inicialmente e analisadores de impedância.
Aplicações de Biotelemetria
Há várias pesquisas e aplicações envolvendo biotelemetria, as quais algumas estão listadas abaixo:
- Sinais de EEG (Eletro Encefalograma);
- Sinais cardíacos;
- Medição de gases (CO2 e O2) no sangue;
- Medição de glicose;
- Transponders;
- RFID;
- A NASA (Agência Espacial Norte Americana) tem usado em seus astronautas sistemas de biotelemetria, para quando os mesmos estiverem em missões fora da terra, os médicos possam estar recebendo dados como EEG, freqüência cardíaca, temperatura corporal e concentração de CO2 e O2 no sangue de cada astronauta envolvido na missão.
Justificativas
O monitoramento de parâmetros humanos e animais estão se tornando cada vez mais essenciais, pois é possível ter diagnósticos de doenças através da medição de temperaturas, pressões, forças em regiões distintas do corpo através de implantes passivos com técnicas de biotelemetria.
BIOTHIM será um projeto que utilizará técnicas já conhecidas, porém são necessários vários conhecimentos onde o grupo deverá estudar para a compreensão do mesmo. Tendo como principal objetivo, uma iniciação cientifica, onde mais tarde pode-se seguir com essa mesma área e estudos mais aprofundados para fazer um mestrado e até mesmo um doutorado.
Com esse projeto será possível monitorar a temperatura corporal “in vitro” remotamente, não podendo ainda ser feito testes “in vivo”, pelo fato da unidade implantável ser em escala maior, e pelas dificuldades de se obter bobinas muito pequenas no qual exige um estudo muito grande e complexo. Mas a idéia é mostrar as possibilidades e as várias aplicações que com os mesmos princípios pode-se obter.
É sabido que a temperatura ideal do corpo humano é em torno de 36,5 °C, e quando estamos com febre essa temperatura sobe para 37,5 °C a 39 °C, essa temperatura é possível ser medida através de termômetros colocados em regiões externas do corpo, mas há temperaturas que não podem ser medidas externamente, como é o caso da temperatura de alguns órgãos, onde é preciso fazer incisões cirúrgicas para colocar o termômetro diretamente na região a ser medida.
Mas isso pode tornar-se traumatizante para um paciente que fez um transplante de fígado, por exemplo, onde é necessário estar medindo a temperatura do órgão constantemente através de incisões cirúrgicas.
Com unidades implantáveis isso torna essas situações mais fáceis de serem controladas e menos constrangedoras para o paciente, devido à possibilidade de medir a temperatura remotamente.
Biotelemetria
Uma das áreas da engenharia biomédica pouco explorada é a da Biotelemetria, um campo da instrumentação biomédica que consiste em transmitir parâmetros biológicos ou fisiológicos a partir de uma localidade remota para algum módulo capaz de interpretar esses dados e tomar as devidas decisões.
A biotelemetria pode-se fazer uso de qualquer técnica de comunicação, porém as mais usadas são as técnicas passivas (sem uso de baterias, normalmente por acoplamento magnético) por terem várias vantagens quando se tratam de unidades implantáveis devido a não necessidade de substituição do implante por ter um tempo de vida útil maior, por não ter intoxicação por elementos tóxicos que compões baterias, pela possibilidade de criar implantes cada vez menores, entre outras.
A uma infinidade de aplicações dessas técnicas passivas, que será mostrado algumas delas no próximo tópico, mostrando a importância desse campo na engenharia biomédica.
E justificando a escolha desse projeto pelo grupo nessa área pouco explorada, mas que merece um reconhecimento maior, mais pesquisas cientificas para que cada vez mais possam ser desenvolvidas novas técnicas e dispositivos implantáveis, assim podendo ajudar as áreas biológicas e médicas evoluírem rapidamente trazendo a nós qualidade de vida.
Um Pouco Sobre o Projeto
Engenharia é uma área das ciências exatas com uma vasta gama de ramos a serem seguidas, entre elas está a Engenharia Biomédica no qual é uma área multidisciplinar onde se aplica os conhecimentos das exatas nas ciências médicas e biológicas.
Antigamente a medicina dependia de terapias e instrumentações muito simples e de pouca complexidade, mas hoje o cenário está bem diferente, com o avanço das ciências e tecnologias, médicos necessitam cada vez mais de engenheiros para poder dar uma saúde melhor a humanos e também a animais, e poder entender melhor o funcionamento de organismos vivos.
Há vários equipamentos desenvolvidos por engenheiros que revolucionaram a área médica como, por exemplo, o ultra-som, a tomografia computadorizada, ressonância magnética, bisturi eletrônico, respiradores artificiais, próteses inteligentes, entre outras infinidades de dispositivos que tornaram a saúde muito melhor nos tempos atuais.
E a engenharia biomédica é responsável por esse avanço científico e tecnológico na medicina, dividida em várias áreas como: Bioengenharia (Modelagem de sistemas biológicos, biomecânica, biomatemática), Engenharia Médica e Biológica (Transdutores biomédicos, instrumentação não-invasiva, processamento de sinais e imagens, bioinformática, biotelemetria), Engenharia de Reabilitação (Próteses, órgãos artificiais, biomateriais) e Engenharia Clínica (Administração de equipamentos hospitalares, softwares de gerenciamento); no qual vem crescendo muito, por serem promissoras e essenciais para a qualidade de vida nos tempos modernos, onde em um futuro não muito distante, juntos, engenheiros biomédicos e médicos estarão descobrindo novas “curas” para grandes problemas que afligem a humanidade, como a tetraplegia, o câncer, a AIDS, e trazendo uma nova vida para os que não enxergam, não escutam, não podem se locomover, para os que precisam de órgãos e membros novos, tudo isso através de tecnologias biomédicas cada vez melhores, próteses, sensores, instrumentos, implantes mais sofisticados para que com isso possam-se aumentar as chances de vida dos que necessitam.
Considerações
Prezados Colegas,
Devido a correria com o Projeto Integrado II e demais atividades relativas as PA's do Curso de Engenharia de Computação, ficamos um tempo ausente na postagem do material relativo ao Projeto Biothim.
Informamos que a partir de hoje será colocado no ar, todo o material, comentários, curiosidades, etc.
Pedimos desculpas pelo atraso na publicação.
Atenciosamente,
Grupo de Projetos
Devido a correria com o Projeto Integrado II e demais atividades relativas as PA's do Curso de Engenharia de Computação, ficamos um tempo ausente na postagem do material relativo ao Projeto Biothim.
Informamos que a partir de hoje será colocado no ar, todo o material, comentários, curiosidades, etc.
Pedimos desculpas pelo atraso na publicação.
Atenciosamente,
Grupo de Projetos
Integrantes
Bom Dia Prezados Colegas,
O nosso projeto está sendo desenvolvido pelos seguintes alunos do curso de Engenharia de Computação da Pontifícia Universidade Católica do Paraná.
Anderson Gerez - email: andersonoishi@hotmail.com
César Mendes Chrusciel - email: cesar.chrusciel@pucpr.br
Geovane Vinicius Ferreira - email: geovanevinicius@hotmail.com
Jhony Kaesemodel Pontes - email: jhonykaesemodel@gmail.com
Abaixo segue foto dos integrantes.
Da esquerda pra direita: César, Anderson, Jhony e Geovane.
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