Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jean Ricardo Rusczak.pdf: 3380545 bytes, checksum: 67ba7b9893e46c6952c79403622eacb2 (MD5) Previous issue date: 2013-06-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper presents the study and development of a system for measuring magnetic field through search coils. The system consists of a magnetic shield, two Helmholtz coils to generate a magnetic field, inductive interchangeable sensors and a set of electronic boards which were used to evaluate the efficiency of the whole assembly by amplifying the sinals generated by the sensors and with a data acquisition system with LabVIEW. Several designs were developed in order to achieve the project objectives of B measures the range nT in a frequency range of 10 Hz to 10 kHz. Two types of input amplifiers were studied, one being based on the output voltage of the coils and another based on the magnetic flux passing through the coil. The instrumentation amplifier has a gain of 357,500 V / V and the transimpedance amplifier configuration has a gain of 47 000 V/I. The frequency performance is achieved in the range between 100 Hz to 10 kHz where is possible to estimate fields estimated 1 nT. The work includes the study of different materials for magnetic cores to allow miniaturization of the sensors. / Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um sistema de medição de campo magnético através de ponteiras indutivas. O sistema é composto por uma blindagem magnética, duas bobinas de Helmholtz para a geração de campo magnético, sensores indutivos intercambiáveis e um conjunto de placas eletrônicas que serviram para avaliar a eficiência de toda a montagem ao amplificar os sinais e fazer a aquisição de dados com interface em LabVIEW. Foram desenvolvidas diversas formas construtivas a fim de se atingir os objetivos de projeto medidas na faixa de nT entre 10 Hz e 10 kHz. Dois tipos de amplificadores de entrada foram estudados, um sendo baseado na tensão de saída das espiras e outro no fluxo que passa pelas espiras. O amplificador de instrumentação possui um ganho de 357500 V/V e a configuração de fluxo possui um ganho 47000 I/V. A resposta em frequência apresentou uma performance aceitável entre 100Hz e 10 kHz onde possibilitou a leitura de campos estimados de 1 nT. Foram estudados, também, diferentes materiais para núcleos e que permitem a miniaturização dos sensores.

[pt] A informação sobre o posicionamento de objetos estranhos no interior do corpo humano é essencial para a sua eficiente remoção cirúrgica. Entretanto, os métodos convencionalmente utilizados não fornecem informação suficiente sobre a localização do objeto metálico para garantia de sucesso cirúrgico. No presente trabalho foi desenvolvido um sistema automatizado para mapear a densidade de fluxo magnético estático produzido por corpos ferromagnéticos posicionados em variados graus de liberdade 3D, utilizando um sensor de baixo custo, baseado no fenômeno da magnetoimpedância gigante (GMI - Giant Magnetoimpedance), que detecta somente campos magnéticos variantes no tempo. Assim, as medições automatizadas foram realizadas com a amostra em movimento a uma velocidade constante. Por meio de modelagens computacionais do campo magnético gerado foi possível reproduzir o comportamento da densidade de fluxo magnético gerado por uma fonte de campo magnético como a agulha retilínea utilizada nas medições in vitro. O software considerou as características do sensor GMI utilizado e a condição de medição com a fonte magnética em movimento. Os resultados da simulação foram validados por meio de comparações com os resultados experimentais, possibilitando a solução do problema direto com a caracterização da configuração espacial da densidade de fluxo magnético para variados posicionamentos da fonte magnética em relação ao sensor magnético GMI. Com a validação dos resultados simulados, os mesmos podem ser empregados no desenvolvimento de procedimento para solução do problema inverso de imageamentos clínicos utilizando o sensor GMI de baixo custo, limitado a medições magnéticas variantes no tempo, realizados para detecção e posicionamento de corpos estranhos que geram campos magnéticos estáticos. / [en] Information about the positioning of foreign objects inside the human body is essential for its efficient surgical removal. However, the methods conventionally used do not provide sufficient information on the location of the metallic object to guarantee surgical success. In the present work, an automated system was developed to map the static magnetic flux density produced by ferromagnetic bodies positioned in varying degrees of 3D freedom, using a low-cost sensor based on the giant magnetoimpedance phenomenon (GMI - Giant Magnetoimpedance), which detects only time-varying magnetic fields. Thus, automated measurements were performed with the sample moving at a constant speed. Through computational modeling of the generated magnetic field, it was possible to reproduce the behavior of the magnetic flux density generated by a magnetic field source, such as the straight needle used in in vitro measurements. The software considered the GMI sensor s characteristics and the measurement condition with the magnetic source in motion. The simulation results were validated through comparisons with the experimental results, enabling the solution of the direct problem with the characterization of the spatial configuration of the magnetic flux density for various magnetic source positions in relation to the GMI magnetic sensor. With the validation of the simulated results, they can be used in the development of a procedure to solve the inverse problem of clinical imaging using the low-cost GMI sensor, limited to time-varying magnetic measurements, performed for the detection and positioning of foreign bodies that generate static magnetic fields.

[pt] Sinais bioelétricos fornecem informações importantes sobre a função fisiológica de muitos organismos vivos. Em magnetismo, denomina-se problema direto aquele em que se determina o campo magnético a partir do conhecimento da fonte de corrente que o gerou. Por outro lado, existem situações em que se deseja determinar a fonte de corrente a partir de valores de campo magnético medidos. Esse tipo de problema é usual em Biomagnetismo e é denominado problema inverso. Por exemplo, com base em medições do campo magnético cardíaco é possível inferir sobre a atividade elétrica, no tecido cardíaco, que foi responsável por sua geração. Este trabalho propõe, apresenta e discute uma nova técnica destinada a resolver o problema biomagnético inverso, por meio de algoritmos genéticos. Objetiva-se estimar a posição, a orientação e a magnitude dos dipolos de corrente equivalentes, responsáveis pela geração de mapas de campos biomagnéticos obtidos experimentalmente por meio de medições realizadas em corações isolados de coelho utilizando um sistema SQUID de 16 canais. O algoritmo busca identificar a distribuição de dipolos que melhor se ajusta aos dados experimentais, objetivando minimizar o erro entre o mapa de campo magnético medido e o obtido por meio das soluções estimadas. O conhecimento dos parâmetros dos dipolos de corrente, em diferentes instantes de tempo, permite a correta interpretação e análise da informação médica obtida a partir dos campos biomagnéticos medidos experimentalmente, auxiliando na definição de diagnósticos e orientação de abordagens terapêuticas. / [en] Bioelectric signals provide important information about the physiological function of many living organisms. In magnetism, the so-called direct problem deals with the determination of the magnetic field associated to well known current sources. On the other hand, there are situations where it is necessary to determine the current source responsible for the generation of a measured magnetic field. This type of problem is common in Biomagnetism and is called inverse problem. For example, based on cardiac magnetic field measurements it is possible to infer the electrical activity in the heart tissue, responsible for its generation. This work proposes, presents and discusses a new technique designed to solve the biomagnetic inverse problem by genetic algorithms. It is intended to estimate the position, orientation and magnitude of the equivalent current dipoles, responsible for the generation of biomagnetic field maps measured with a 16 channel SQUID system. The algorithm attempts to identify the distribution of dipoles that best fits the measured experimental data, aiming at minimizing the error between the experimental magnetic field maps and those obtained by the estimated solutions. The experimental data analyzed in this study were acquired by measurements in isolated rabbit hearts. The knowledge of parameters of current dipoles at different instants of time allows the correct interpretation and analysis of medical information obtained from the experimentally measured biomagnetic fields, providing diagnosis and guiding therapeutic procedures.

Submitted by Caroline Falcao (caroline.rfalcao@ufpe.br) on 2017-05-22T17:45:56Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE FINAL Carlos Geraldo-PPGO.pdf: 10438439 bytes, checksum: 846645d0ef9edecba48513889f2c3692 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-22T17:45:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE FINAL Carlos Geraldo-PPGO.pdf: 10438439 bytes, checksum: 846645d0ef9edecba48513889f2c3692 (MD5) Previous issue date: 2014-09-29 / O campo magnético é uma fonte acessível de informação direcional passível de ser utilizada pelos seres vivos para orientação e navegação. Animais como mamíferos, aves, peixes, répteis marinhos, anfíbios, moluscos, insetos e crustáceos são sensíveis ao campo geomagnético. O presente estudo enfocou uma avaliação do efeito do campo magnético sobre peixes e crustáceos marinhos em condições naturais (área costeira) e sobre camarões Litopennaeus vannamei em condições controladas (laboratório). Os experimentos com peixes e crustáceos em condições naturais consistiram de sete a oito pescarias independentes, empregando-se armadilhas tipo covo distribuídos em cinco grupos de três a quatro unidades. Magnetos permanentes de 2000 Gauss em um raio de 2m foram fixados próximos à abertura de seis dos dezesete covos empregados. Ao final de cada pescaria os peixes e crustáceos capturados em cada covo foram identificados e contabilizados. Os níveis de capturas de peixes e crustáceos foram significativamente mais elevados nos covos com magneto. Dezessete espécies de crustáceos estiveram presentes nas capturas com os covos, dentre as quais as duas espécies mais frequentes foram Coryrhynchus riisei e Stenorhynchus seticornis. Trinta e duas espécies de peixes ocorreram nas capturas com os covos, com a espécie Haemulon aurolineatum (Xira branca) apresentando uma frequência de ocorrência uma a duas ordens de magnitude superior as demais espécies capturadas, principalmente nos covos com magneto. Ante este resultado, otólitos e tecidos da linha lateral, mancha ocelar, narina e área abdominal (controle) foram extraídos de cinco indivíduos jovens e de cinco indivíduos adultos de H. aurolineatum para investigar a presença de material magnético nessas estruturas. As amostras foram coletadas de indivíduos recém-capturados, secas em estufa e submetidas a medidas de ressonância ferromagnética (RFM) com uso de um espectrômetro Bruker ESP300E. Os espectros obtidos indicaram presença de material magnético nos otólitos, narinas e mancha ocelar e ausência de material magnético nos tecidos da área abdominal de todos os espécimes analisados. Nas amostras da linha lateral, a presença de material magnético pareceu estar relacionada ao desenvolvimento ontogenético, tendo sido detectado principalmente em espécimes adultos. Os experimentos em condições controladas foram realizados com camarões Litopenaeus vannamei considerando-se sexos e fases do seu ciclo ontogenético (machos e fêmeas adultos; machos e fêmeas juvenis e pós-larvas). Um par de bobinas circulares na configuração de Helmholtz, conectada a uma fonte regulável, foi empregado para a geração de diferentes intensidades (0, 25, 30, 35 e 40 μT) de campo magnético artificial uniforme. Os testes foram realizados de forma acumulativa e não acumulativa. No primeiro caso, um mesmo grupo de 15 camarões foi sequencialmente submetido aos cinco níveis de intensidade de campo magnético, com um intervalo de 24h entre exposições. No segundo caso, empregando- se novos grupos de 15 camarões para cada nível de exposição. Todos os testes foram realizados em triplicata. Os resultados evidenciaram a redução da atividade do L. vannamei quando expostos a campos de 35μT e 40 μT e sua paralisia total a campo de 40μT, assim como a preferência na ocupação do polo sul por fêmeas e machos adultos e juvenis e do polo norte por pós-larvas. / The magnetic field is a handy source of directional information that can be used by living things for orientation and navigation. Animals such as mammals, birds, fishes, marine reptiles, amphibians, molluscs, insects and crustaceans are sensitive to the geomagnetic field. The present study focused on an evaluation of the response of marine fishes and shellfishes subjected to an artificial magnetic field under natural conditions (coastal area) and under controlled conditions (laboratory). The experiments with fishes and crustaceans in natural conditions consisted of seven to eight independent fisheries employing creels traps distributed into five groups of three to four units. Permanent magnets of 2000 Gauss in a 2m radius were tied next to the opening of six of the seventeen creels employees. At the end of each fishery, fish and crustaceans caught in each trap were identified and accounted for. The levels of catches of fish and crustaceans were significantly higher in creels with magnet. Seventeen species of crustaceans were present in the catches with the creels, among which the two species most frequently were Coryrhynchus riisei and Stenorhynchus seticorni. Thirty-two species of fish were present in the catchs with the creels. The frequence of occurrence of the speciie Haemulon aurolineatum (Tomtate grunt) was one to two orders of magnitude higher than the other species caught, mainly in creels with magneto. Given this results, Otoliths and tissues of the lateral line, ocelar spot, nostril and abdomen (control) were extracted from five young individuals and five adult individuals of H. aurolineatum to investigate the presence of magnetic material in these structures. The samples were collected from newly captured individuals, oven-dried and subjected to measures of ferromagnetic resonance (RFM) using a Bruker ESP300E spectrometer. The spectra obtained indicated presence of magnetic material in otoliths, nostrils and ocelar spot and absence of magnetic material in the tissues of the abdominal area of all specimens examined. In the samples of the lateral line, the presence of magnetic material seems to be related to the ontogenetic development, having been detected mainly among adult specimens. The experiments under controlled conditions were performed with the shrimp Litopenaeus vannamei considering different sexes and stages of their ontogenetic cycle (adult males and females; juvenils males and females and post-larvae). A pair of circular coils in Helmholtz configuration, connected to an adjustable power source was used to generate different intensities (0, 25, 30, 35 and 40 μT) of uniform artificial magnetic field. The tests were carried out in accumulative and non accumulative manners. In the first case, a group of 15 shrimps was sequentially exposed to the five levels of magnetic field intensity, with a 24 hours interval between exposures. In the second case, using new groups of 15 shrimps for each level of exposure. All tests were performed in triplicate. The results showed a reduction in activity of L. vannamei when exposed to fields of 35 μT and higher and their total paralysis to levels of 40 μT, as well as the preference in the occupation of the South Pole by females and males juvenils and adults and of the North Pole by post-lavae.