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B I O T A GRUPO DE BIOTELEMETRIA Prof. Sérgio Francisco Pichorim, DSc abril de 2007 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curso de Pós-Graduação Eng.

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1 B I O T A GRUPO DE BIOTELEMETRIA Prof. Sérgio Francisco Pichorim, DSc abril de 2007 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curso de Pós-Graduação Eng. Elétrica e Inf. Industrial

2 Principais Linhas de Trabalho 1)Sensor LC passivo 2)Enlace indutivo 3)Medição de circuitos ressonantes 4)Força de oclusão 5)ECG passivo 6)Transponder

3 1) Biotelemetria Passiva e Injetável para Medição de Elasticidade em Tendão Medição de deformação em tendão Unidade remota (cerca de 2 x 15 mm) Injetável em tendão (agulha). Passivo sem bateria interna Unidade injetável é composta de apenas um circuito LC Freq. ressonância modulada pela grandeza deslocamento

4 Microunidade Injetável Desenvolvida

5 Microunidade Desenvolvida (força de tração) (mm) C L núcleo móvel âncoras Força Força

6 Processo de fixação das Âncoras

7 Dados do micro-sensor Indutor 70 espiras L=14,5 µH. Capacitor de 22 nF SMD (tipo 0805). Ressonância fo de 277 kHz. Circuito total do sensor com 14 mm. Comprimento total de 28 mm.

8 Micro-sensor (fotos) (na agulha) (1ª versão)

9 Microcápsula Injetada para Teste de Tração (Teste in vitro em mangueira de silicone) Simulação de um tendão muscular.

10 Teste in vitro (injetada na mangueira de silicone) y = x R = distância de 8 mm Força de tração (gf) Freqüência de ressonância fo (kHz)

11 Teste in vivo Tendão do Dedo III (porco)

12 Diagrama Tensão-Deformação do tendão Módulo de elasticidade de Young = 0,9915 GPa

13 Trabalhos Futuros Aperfeiçoamento e construção de vários sensores. (Bolsa IC) Comparação com outros métodos (da mecânica) para medição de força e elasticidade. (Bolsa IC) Testes in vivo verificação de problemas de biocompatibilidade e adaptação do conjunto de bobinas.

14 Sensor LC Passivo para pressão arterial por Graciele Maeoka

15 Trabalhos Futuros Aplicação em músculo (sensor adaptado) medição de força de contração.

16 2) Projeto do conjunto de Bobinas Enlace fracamente acoplado (transcutâneo) Maximização da tensão induzida maximização da mútua indutância (M) Bobinas coaxiais e circulares (solenóide) Soluções gerais com alto grau de complexidade

17 Solenóide - anel coaxial plano xy P r a D z dL z=-L b S2 Bz ds z=-d

18 Avaliação Prática Exemplo : Anel-anel

19 Máxima Indutância Mútua

20 Bobinas de Excitação e Recepção

21

22 Escolha da melhor separação d Para : L = 5 mm e D = 10 mm d = 8,5 mm b = 17,5 mm B = 29,5 mm

23 Vista do Conjunto de Bobinas

24 Bobinas de Excitação e Recepção configuração Helmholtz por Graciele M. e Raul O.

25 Programa para Cálculo de Indutância Mútua Em MatLab e Visual C++ para mútua indutância em bobinas desalinhadas e com formatos circulares (por Kremena Donczewa e Dieter Straub).

26 Programa para Cálculo de Auto-indutâncias por Eduardo Manika (voluntário) Utilizando o aplicativos (MatLab, C++, etc). Informações quantitativas sobre indutância, mútua indutância e fator de acoplamento para arranjos de bobinas desalinhadas e com formatos não convencionais, como por exemplo, quadradas, triangulares, etc.

27 Trabalhos Futuros Estudo da permeabilidade de ferrites. Sensor de temperatura

28 3) Sistema de Leitura de Circuito Ressonante As três variáveis : D, fo e Q

29 Análise em Freqüência Excitação do circuito RLC em 3 freqüências (f1, f2 e f3) Medição das 3 respostas (Vr1, Vr2 e Vr3) Pode-se recompor a curva do circuito RLC Determinação dos valores de fo e Q Técnica de Medição da Freqüência de Ressonância (fo) (também do Fator de Qualidade (Q))

30 Respostas Vr às três excitações fo

31 Com os valores de Vr1, Vr2 e Vr3, calculam-se fo e Q : Independente da Distância e das Mútuas Indutâncias envolvidas !

32 Diagrama em Blocos do Sistema

33 Características do Sistema de Excitação Cristal de 8 MHz (estabilidade) geração das três freqüências digitalmente Divisões por 15, 14 e 13 (74LS193) Divisão por 2 Duty cycle de 50% f1=266,7kHz, f2=285,7kHz e f3=307,7kHz Somador e amplificador LM 318 (Vex=10Vpp) Sinal senoidal (filtro PF com a bobina Lex)

34 Sinal de excitação Vex

35 Sinal de excitação Vex (espectro) Fundamentais 2a. 3a. 26 dB

36 Sinal de Leitura Vr (espectro) para sensor com fo de 305 kHz f1 f2 f3

37 Características do Sistema de Leitura Filtros LC ajustados nas 3 freqüências f1=266,7kHz, f2=285,7kHz e f3=307,7kHz Detectores de pico (TSH 94) Vr1, Vr2 e Vr3 Conversão Analógico-Digital (ADC 0808) Multiplexação 2 x 4 bits Interface Paralela Programa em C++ para leitura e cálculo de fo Uma medição em 8,5 ms ou 118 por segundo.

38 Medição de fo pelo sistema Seis valores de fo Seis valores de Rx Duas distâncias Correlação = 0,9957

39 Fator de Qualidade – Freqüência única. (fo=284 kHz) Sete valores de Q Três distâncias

40 Detector de Freqüência por Varredura Inteligente por Raul J.F. Oliveira Output amplifier Insulation buffer Frequency generator Micro- controller 24 MHz oscilator A/D converter Peak detector Input amplifier Coils group Remote sensor

41 Trabalhos Futuros Sistema de Excitação, Leitura e Cálculo via DSP e FFT (por Emerson Lima) Determinação do Fator de Qualidade (Q) em circuitos LC Análise do Q de cristais piezoelétricos (medido via osciloscópio e gerador, com o medidor de impedância e comparar com a técnica proposta)

42 4) Sensor Ingerível para Temperatura

43 Sensor Ingerível para Temperatura

44 Medição de Força de Oclusão por Davi S. Roveri

45 5) ECG passivo por Carlos M. Souza Câmara Hiperbárica

46 Trabalhos Futuros Alimentação à distância: Enlace Óptico x Enlace Indutivo. Comparação, eficiência, etc. Testes in vivo.

47 6) Identificador telemétrico RFID

48 Módulo Analógico

49 Modulador da Carga (L.S.K.)

50 Trabalhos Futuros : RFID com sensor Mesmo padrão de comunicação Mesmo circuito analógico Bloco digital modificado (com baixíssimo consumo) para a entrada de Sensor Sensor Integrado para Diagnóstico (IEEE RFID 2007)

51 Exemplo : BOVINUS (Sebrae, Finep, Lactec, UTFPR, et. al.) MODULO DIGITAL CHIP COMPLETO CHIP SEM CAPACITOR CHIP SEM CAPACITOR E SEM RETIFICADOR MODULO ANALOGICO Dimensões: (1350 x 1420) µm 2

52 O B R I G A D O.


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