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[en] PROPOSAL OF A PORTABLE MULTISENSOR BIOMEDICAL DEVICE FOR DETECTION OF FERROMAGNETIC FOREIGN BODIES / [pt] PROPOSTA DE DISPOSITIVO BIOMÉDICO MULTISENSOR PORTÁTIL PARA LOCALIZAÇÃO DE CORPOS ESTRANHOS FERROMAGNÉTICOSMELISSA CARVALHO COSTA 21 November 2022 (has links)
[pt] Os procedimentos atuais de localização de corpos estranhos ferromagnéticos
utilizados na prática clínica envolvem as técnicas de imageamento de radioscopia e
radiografia, que apresentam diversas limitações e riscos. Assim, técnicas de
localização baseadas em magnetômetros como SQUID, GMI e GMR têm sido
desenvolvidas, com variados graus de complexidade e sucesso. Uma das principais
dificuldades de ordem prática, além do custo e das dimensões do sistema de medição
no caso do SQUID, que opera a temperaturas criogênicas, é a necessidade de o
paciente estar posicionado em uma estrutura móvel de grandes dimensões que
permita a determinação das coordenadas da posição bidimensional do mapeamento
magnético. Por outro lado, as pequenas dimensões dos sensores GMR ou GMI
possibilitam o desenvolvimento de um sistema de medição portátil que poderia
integrar outros sensores que em conjunto viabilizem a determinação da posição
espacial do sensor magnético em relação ao paciente. Esta dissertação de mestrado
investiga técnicas de determinação da posição espacial de um dispositivo portátil,
baseado em uma plataforma Raspberry Pi, integrando sensor GMR, câmera,
sensores inerciais e um sensor de distância, visando ao futuro desenvolvimento de
um protótipo de dispositivo médico portátil para localização de corpos estranhos
ferromagnéticos. A pesquisa também investiga técnicas de resolução do problema
inverso magnético em tempo real baseadas em filtros de Kalman e ajuste por
mínimos quadrados, de modo a acelerar o procedimento diagnóstico na futura
aplicação clínica do dispositivo. / [en] The current procedures for locating ferromagnetic foreign bodies used in the clinic
involve radioscopy and radiography image techniques, which presents several
limitations and risks. Thus, localization techniques based on magnetometers were
developed as SQUID, GMI and GMR, with varying degrees of complexity and
success. One of the main difficulties, in addition to the cost and dimensions of the
system, in the case of the SQUID, which operates at cryogenic temperatures, is the
need for the patient to be positioned in a large structure that allows flexibility in the
configurations of the two-dimensional position of the magnetic mapping. On the
other hand, the small dimensions of the GMR or GMI sensors allow the development
of a portable measurement system that could integrate other sensors that together
make it possible to determine the spatial position of the magnetic sensor in relation
to the patient. This master s dissertation investigates techniques for determining the
spatial position of a portable device, based on a Raspberry Pi platform, integrating
GMR sensor, camera, inertial sensors and a distance sensor, aiming at the future
development of a prototype of a portable medical device for localization of
ferromagnetic foreign bodies. The research also investigates real-time inverse
magnetic problem solving techniques based on Kalman filters and least squares
adjustment, in order to accelerate the diagnostic procedure in the future clinical
application of the device.
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[en] DESIGN OF A SYSTEM FOR DETECTION OF NONFERROMAGNETIC METALLIC FOREIGN BODIES BASED IN EDDY CURRENTS AND GMI MAGNETOMETER / [pt] PROJETO DE SISTEMA DE DETECÇÃO DE CORPOS ESTRANHOS METÁLICOS NÃO-FERROMAGNÉTICOS BASEADO EM EDDY CURRENTS E MAGNETÔMETRO GMIVINICIUS TOSTES SEIXAS 21 November 2022 (has links)
[pt] Esta dissertação apresenta um projeto de sistema portátil de localização
de corpos estranhos metálicos não ferromagnéticos por meio de mapeamento
magnético. O sistema baseia-se na indução de correntes parasitas no corpo
estranho por um estágio de excitação e na medição por um magnetômetro GMI
comercial de elevada resolução (25 pT). A topologia do instrumento é baseada
no desacoplamento dos estágios de excitação e medição, com uma configuração
que produz linhas de campo magnético primário elevadas na região do corpo
estranho e tênues na região do sensor. Esta característica supera as limitações
de um instrumento previamente desenvolvido, permitindo aumentar o campo
magnético primário de excitação sem saturar o magnetômetro. O projeto é
baseado em simulações computacionais, considerando dois tipos de excitação
e duas orientações para o eixo de sensibilidade do magnetômetro. Diretrizes
internacionais para os limites de exposição à radiação não-ionizante, aspectos
biometrológicos, construtivos e elétricos também foram levados em
consideração no projeto. A análise de desempenho das configurações mais
promissoras confirmou a viabilidade do instrumento de medição proposto,
otimizando a operação linear do magnetômetro durante o procedimento de
medição e contribuindo para a futura construção de um protótipo de sistema de
medição completo, com características de desempenho e segurança
asseguradas para a aplicação biomédica pretendida. / [en] This dissertation presents a portable system for the localization of nonferromagnetic foreign metal bodies by magnetic mapping. The system is based
on the induction of eddy currents in the foreign body by an excitation stage and
the measurement by a high resolution commercial GMI magnetometer (25 pT).
The instrument topology is based on the decoupling of the stages of excitation
and measurement, with a configuration that produces a high primary magnetic
field in the foreign body region and a weak one in the sensor region. This feature
surpasses the limitations of a previously developed instrument, allowing to
increase the primary excitation magnetic field without saturating the
magnetometer. The project is based on computational simulations, considering
two types of excitation and two orientations for the magnetometer sensitivity axis.
International guidelines for exposure limits to non-ionizing radiation,
biometrological, constructive and electrical aspects were also taken into
consideration in the project. The performance analysis of the most promising
settings confirmed the viability of the proposed measurement instrument,
optimizing the linear operation of the magnetometer during the measurement
procedure and contributing to the future construction of a complete measurement
system prototype, with performance and safety characteristics ensured for the
intended biomedical application.
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