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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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[pt] APRENDIZADO PROFUNDO APLICADO NA LOCALIZAÇÃO DE CORPOS ESTRANHOS FERROMAGNÉTICOS EM HUMANOS / [en] DEEP LEARNING APPLIED TO LOCATING FERROMAGNETIC FOREIGN BODIES IN HUMANSMARCOS ROGOZINSKI 19 January 2022 (has links)
[pt] Corpos estranhos ferromagnéticos inseridos acidentalmente em pacientes geralmente precisam de remoção cirúrgica. Os métodos convencionalmente empregados para localizar corpos estranhos são frequentemente ineficazes devido à baixa precisão na determinação da posição do objeto e representam riscos decorrentes da exposição da equipe médica e dos pacientes à radiação ionizante durante procedimentos de longa duração. Novos métodos utilizando sensores SQUID têm obtido sucesso na localização de corpos estranhos de forma inócua e não invasiva, mas têm a desvantagem de apresentar alto custo e baixa portabilidade.
Este trabalho faz parte de pesquisas que buscam trazer maior portabilidade e baixo custo na localização de corpos estranhos no corpo humano utilizando sensores GMI e GMR. O objetivo principal deste trabalho é avaliar e aplicar o uso de Aprendizado Profundo para a localização de corpos estranhos ferromagnéticos no corpo humano utilizando um dispositivo portátil e manual baseado em magnetômetro GMR, incluindo o rastreamento da posição e orientação deste dispositivo a partir de imagens de padrões conhecidos obtidas por uma câmera integrada ao dispositivo e a solução do problema inverso magnético a partir do mapeamento magnético obtido. As técnicas apresentadas se mostraram capazes de rastrear o dispositivo
com boa precisão e detectar a localização do corpo estranho com resultados semelhantes ou melhores do que os obtidos em trabalhos anteriores, dependendo do parâmetro. Os resultados obtidos são promissores como base para desenvolvimentos futuros. / [en] Ferromagnetic foreign bodies accidentally inserted in patients usually need to be surgically removed. The methods conventionally employed for locating foreign bodies are often ineffective due to the low accuracy in determining the position of the object and pose risks arising from the exposure of medical staff and
patients to ionizing radiation during long-term procedures. New methods using SQUID sensors successfully located foreign bodies in an innocuous and noninvasive way, but they have the drawback of presenting high cost and low portability. This work is part of new research that seeks to bring greater portability
and low cost in locating foreign bodies in the human body using GMI and GMR sensors. The main objective of this work is to evaluate and apply the use of Deep Learning in the development of a portable and manual device based on a GMR sensor, including position tracking and orientation of this device from images of
known patterns obtained by a camera integrated to the device and the solution of the inverse magnetic problem from the obtained magnetic mapping. The techniques presented are capable of tracking the device with good accuracy and detecting the localization of the foreign body with similar or better results than those obtained in previous works, depending on the parameter. The results obtained are promising as
a basis for future developments.
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