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Título: Sistema de varredura para aquisição e processamento de sinais ultrassônicos para caracterização de meios biológicos
Título(s) alternativo(s): Scanning system for the acquisition and processing of ultrasonic signals for the characterization of biological media
Autor(es): Marcondes, Samuel Roberto
Orientador(es): Maia, Joaquim Miguel
Palavras-chave: Ultrassom
Materiais - Análise
Sistemas de varredura
Processamento de sinais
Ondas ultrassônicas
Osteoporose
Diagnóstico por ultrassom
Métodos de simulação
Engenharia biomédica
Ultrasonics
Materials - Analysis
Scanning systems
Signal processing
Ultrasonic waves
Osteoporosis
Diagnostic ultrasonic imaging
Simulation method
Biomedical engineering
Data do documento: 1-Ago-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: MARCONDES, Samuel Roberto. Sistema de varredura para aquisição e processamento de sinais ultrassônicos para caracterização de meios biológicos. 2018. 66 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.
Resumo: A utilização do ultrassom voltado para a caracterização de materiais tem sido aplicada com resultados satisfatórios desde a década de 50. Tal sucesso se justifica por apresentar característica não invasiva e não ionizante, além do seu baixo custo de implementação quando comparada a outras técnicas. A presente pesquisa apresenta o desenvolvimento de um sistema de varredura para aquisição e processamento de sinais ultrassônicos para caracterização de meios biológicos através da utilização dos parâmetros de atenuação em banda larga (BUA) e a atenuação específica das ondas ultrassônicas. O hardware do sistema é composto por fontes chaveadas, drivers de potência para o acionamento dos motores de passo e posicionamento dos transdutores e por um sistema eletrônico microcontrolado, responsável pela aquisição dos sinais de ultrassom. Os testes para validação do sistema utilizaram o método de medição transmissão-recepção do sinal ultrassônico, sendo realizados em um tanque acústico. Com o objetivo de caracterizar um meio biológico in-vitro utilizou-se dois phantoms de ultrassom para a simulação de uma estrutura óssea normal com atenuação de 75 ± 5 dB/MHz (modelo CIRS 06301) e outra de estrutura óssea osteoporótica com atenuação de 50 ± 5 dB/MHz (modelo CIRS 06302). Os resultados obtidos utilizando-se o sistema de varredura foram de 74,58 ± 12,99 dB/MHz para o phantom que simula tecido ósseo normal e 57,42 ± 3,61 dB/MHz para o phantom quesimula tecido osteoporótico, com erros percentuais para os valores médios de BUA de 0,56 % e -14,84 %, respectivamente, indicando que o sistema de varredura pode ser utilizado na área de caracterização de materiais por ultrassom como, por exemplo, no auxílio à identificação do risco de fraturas devido à osteoporose.
Abstract: The use of ultrasound for material characterization has been applied with satisfactory results since the 50's. Such success is justified by its non-invasive and non-ionizing characteristics, as well as its low implementation cost when compared to other techniques. This research presents the development of a scanning system for the acquisition and processing of ultrasonic signals for the characterization of biological media through the use of the Broadband Ultrasound Attenuation (BUA) and the Specific Attenuation of the ultrasonic waves. The system hardware consists of switched sources, power drivers for driving the step motors and positioning of the transducers, and a microcontrolled electronic system responsible for the acquisition of ultrasound signals. The tests to validate the system used the transmission-reception method of the ultrasonic signal, being done in an acoustic tank. In order to characterize an in vitro biological medium, two ultrasound phantoms were used to simulate a normal bone structure with attenuation of 75 ± 5 dB/MHz (model CIRS 06301) and an osteoporotic one, with attenuation of 50 ± 5 dB/MHz (model CIRS 06302). The obtained results using the scanning system were 74.58 ± 12.99 dB/MHz for the CIRS 06301 phantom (normal bone structure) and 57.42 ± 3.61 dB/MHz for the CIRS 06302 phantom (osteoporotic bone structure), with percentage errors for the BUA mean values of 0.56 % and -14.84 %, respectively, indicating that the developed scanning system may be used in the material characterization area, such as to predict the risk of fractures due to osteoporosis.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3821
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