Tese de mestrado. Engenharia Biomédica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculdade de Medicina Dentária. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado. Engenharia Biomédica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Instituto Superior de Engenharia do Porto. 2007

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Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica (Área de especialização de Sinais e Imagens Médicas), na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do prof. Doutor Jorge Alves da Silva

Tese de mestrado. Engenharia Biomédica (Área de especialização em Análise e Processamento de Sinal e Imagem). 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculdade de Medicina da Universidae de Coimbra, Universidade de Aveiro

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

Tese de doutoramento. Ciências de Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Université Victor Segalen Bordeaux 2. 2008

CAPES / O presente trabalho estudou por meio do Método dos Elementos Finitos e por testes experimentais o efeito da distância interbraquetes, ativação e geometria (variáveis independentes) sobre o sistema de forças (Fx, Fy e Mz) produzidos por alças delta após ativação. As amostras foram produzidas com titânio-molibdênio, com secção transversal 0.017 x 0.025 polegadas (0,43mm x 0,64mm) e separadas em dois grupos (G1 e G2), com dez alças cada um. O grupo de alças G1 apresenta hastes com inclinação em suas extremidades. O Grupo G2 hastes com extremidades arredondadas. Visando identificar diferenças entre as médias populacionais devidas a três possíveis causas ou fontes de variação (variáveis independentes) e as interações entre as mesmas (geometria, distância interbraquetes e ativação), utilizou-se a método de análise de variância a três critérios de classificação, modelo fatorial completo (ANOVA). O método de análise de variância aceita ou rejeita a(s) hipótese(s) H0 de igualdade das médias populacionais. Se H0 for rejeitada, admite-se que pelo menos uma das médias é diferente das demais. Nestas condições utilizou-se o teste proposto por Games-Howell para variâncias heterogêneas, visando estabelecer comparações entre os diferentes tratamentos. Para estimar a constante elástica para os dois tratamentos (G1 e G2), utilizou-se a análise de regressão para verificar o grau de relacionamento entre os valores da variável resposta (força Fx) e a variável independente (ativação da alça). Os Grupos G1 e G2 apresentaram magnitudes de força compatíveis com as descritas pela literatura (houve variação de 81,65gf até125gf para o grupo G1 e de 92,45gf até 133,10gf para G2, aos 3.0mm e 4.0mm de ativação, respectivamente para Fx). As forças verticais Fy foram de 50gf e 16gf para G1 e G2, aos 4.0mm, respectivamente, e 52,15gf e 26,95gf para G1 e G2 aos 3.0mm de ativação, respectivamente. A constante de mola encontrada para os grupos estudados mostrou estar dentro de limites apropriados para uso clínico, resultando 27,95gf/mm para G1 e 32,09 para G2. A relação M/F aumentou à medida que as alças desativavam. As alças mostraram ser adequadas para a retração de caninos desde que ativadas até aos 4,0mm e reativadas após 2,0mm de desativação. A relação M/F média foi de 9,2mm aos 4,0 mm de ativação e de 13mm aos 3,0mm para G1 enquanto que para G2 os valores médios foram de 9,3mm aos 4,0mm de ativação e13mm aos 3,0mm. Não houve diferença significativa entre os grupos. A variável independente ativação causou diferença estatística significativa nos resultados das variáveis dependentes (Fx, Fy e Mz). As diferentes distâncias interbraquetes não influenciaram de maneira significativa o sistema de forças. A variável grupo influenciou de maneira significativa os valores de Fy e Mz. / The present study tested experimentally and by Finite Element Method the effect of inter-bracket distance (IBD), activation and geometry (independent variables) on the force system (Fx, Fy, Mz) produced by delta springs after activation. The springs were produced with titanium-molybdenum 0.017 x 0.025 in (0,43mm x 0,64mm), and separated in two groups (G1 and G2) with ten springs each one. The springs in group G1 presented angulated legs and in the group G2 rounded legs. Analysis of factorial variance averages caused by three possible variation (inter brackets distance, geometry and activation) sources and the interactions between them. Regression analysis was also performed to obtain the spring rate. Groups G1 and G2 presented force magnitudes which are compatible with the ones mentioned in the literature related to the subject (varying from 81,65gf to 125gf for G1 and from 92,45gf to 133,10gf for G2, at 3.0mm and 4.0mm of activation, respectively for Fx). The vertical Fy forces were 50 gf and 16gf for G1 and G2, at 4.0mm, respectively, and 52,15gf and 16,95 gf for G1 and G2 at 3.0mm of activation, respectively. The spring constants have proved to be within the levels which are appropriate for clinical use, resulting 27,95gf/mm for G1 and 32,09 for G2 groups. The mean moment-to-force ratio (M/F) was M/F=9,2mm at 4,0 mm of activation and 13mm at 3,0mm of activation for G1 group, whereas for G2 the mean values were M/F=9,3mm at 4,0mm of activation and M/F=13mm at 3,0mm. The M/F ratio incresead as the springs deactivated. There was no statistical differences between groups. IBD and geometry does not cause significative influence on force systems resulting from activations, but activation that produced statistical difference on force system (Fx, Fy and Mz).

Para realizar medições de parâmetros fisiológicos que precisem ser determinados de maneira invasiva, técnicas de biotelemetria envolvendo unidades sensoras implantáveis passivas mostram-se bastante úteis, pois permitem sua monitoração por longos períodos. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma nova técnica de biotelemetria que concentra qualidades desejáveis neste tipo de monitoração, tais como ausência de baterias e número mínimo de componentes eletrônicos na unidade sensora, que é formada apenas pelo próprio transdutor indutivo. Tanto a modelagem teórica do sistema quanto a especificação prática de seus componentes para realização de experimentos para sua validação são apresentadas e discutidas, resultando em um conjunto de condições a serem respeitadas e em um método de 15 passos para realização de medições. A fase da impedância de um circuito ressonante de leitura acoplado magneticamente à unidade sensora é utilizada para determinar o parâmetro de interesse. Modelos matemáticos do comportamento do circuito são apresentados detalhadamente, considerando diferentes aspectos existentes em aplicações práticas, tais como capacitâncias parasitas em bobinas e variações de indutância devidas à distância de acoplamento entre a unidade de leitura e o transdutor. A especificação de diferentes condições de contorno, necessárias para obtenção de modelos matemáticos aplicáveis, é também apresentada neste trabalho. Os resultados obtidos, tanto teóricos como experimentais, apontam para a viabilidade da proposta, e erros relativos menores do que 5 % foram obtidos na medição de indutâncias remotas com distâncias de acoplamento de até 10 mm. Além de sugestões para a continuidade do desenvolvimento da pesquisa, objetivando uma aplicação envolvendo uma unidade sensora de pequenas dimensões, neste trabalho é ainda apresentado o desenvolvimento de um sensor para medição remota de pressão, sendo que neste caso os resultados obtidos mostraram erros menores que 15 %. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que unidades sensoras para fins biotelemétricos podem ser obtidas com construções simples compostas por apenas por um componente, oferecendo assim uma nova alternativa para monitoração de diferentes parâmetros fisiológicos. / Biotelemetry techniques with passive implantable sensing units are very useful to monitor physiological parameters that must be invasively measured, once they are able to remain inside the observed patient for long periods. This work describes the development of a new biotelemetry technique, which offers desirable characteristics in this kind of application, such as batteryless sensing unit and a minimal number of electronic components on it: only an inductive transducer itself. Besides theoretical modelling, also practical specifications of components for the validation of the system are presented and discussed, resulting in a set of conditions that must be fulfilled and in a 15 step method to perform measurements. Impedance phase measurements of a resonant reading circuit, which is magnetically coupled to the senor unit, are used to obtain the value of the target parameter. Mathematical models of circuit behaviour are presented in details, considering different aspects of practical applications, like parasitic capacitances in coils or inductance changes due to the variation of the distance between the reading unit and the sensor. Also the definition of different boundary values to the mathematical models is presented in this work. Theoretical and experimental results point to the viability of the suggested technique, and remote inductances could be measured with more than 95 % accuracy, when separated by 10 mm from the reading unit. Apart from suggestions for further developments with focus on the application of the presented technique with a small dimensions sensing unit, this work also describes the development of an inductive sensor to monitor pressure remotely and the obtained experimental results, with measurement errors below 15 %. Results from this work indicate that sensor units for biotelemetry applications can be build in a simple way, made of a single component, offering thus a new alternative to monitor different physiological parameters. Biotelemetrische Techniken, die mit implantierbaren Sensoren arbeiten, sind nürtzlich bei der invasiven Evaluierung von physiologischen Parametern, da der zu beobachtende Patient für längere Zeit die Implantate in sich behalten kann. Die Entwicklung einer neuen Technik für Biotelemetrie wird in dieser Arbeit dargestellt. Diese Technik erfüllt einige der gewünschten Bedingungen für diese Art von Anwendung und ermöglicht die Nutzung eines Sensors ohne Batterien, gebaut aus einem einzigen elektronischen Element, welches der induktivische Transduktor selber ist. Neben der theoretischen Modellierung, werden auch praktischen Angaben bezüglich der Komponenten für die Evaluierung der vorgeschlagenen Technik präsentiert und diskutiert. Daraus wird eine Gruppe von Bedingungen, die beachtet werden müssen, als auch eine aus 15 Schritten bestehende Methode für die Durchführung einer Messung abgeleitet. Es werden Phasenwinkelwerte von der Impedanz eines externen zu dem Sensor magnetisch gekuppelten Schaltkreis verwendet, um die gewünschten Parameter zu messen. Es werden ausführliche Mathematische Modelle zum Verhalten des Schaltkreises präsentiert. Dabei werden unterschiedliche Aspekte von praktischen Anwendungen, wie zum Beispiel parasitäre Kapazitäten innerhalb von Spulen und induktanzänderungen aufgrund des Kupplungsabstandes zwischen der Leseeinheit und den Transduktor, betrachtet. Die Bestimmung verschiedene Randbedingungen, notwendig für den Erhalt anwendbare mathematische Modelle, werden in dieser Arbeit ebenfalls präsentiert. Sowohl theoretische als auch praktische Ergebnisse deuten auf die Funktionstüchtigkeit der Technik hin, und Induktivitäten, die sich 10mm von der leseeinheit entfernt befanden, konnten mit mehr als 95% Genauigkeit gemessen werden. Die Arbeit enthält einige Vorschläge für die Entwicklung neuer Anwendungen mit der hier vorgestellten Technik, mit Hinsicht auf Sensoren mit kleinen Dimensionen. Die Entwicklung eines induktivischen Sensors, welcher für die ferne Messung von Druck geeignet ist, wird in der Arbeit dargestellt. Mit dem Sensor wurden Messfehler von weniger als 15% bei der Mesung von Luftdruck erreicht. Die mit dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse deuten auf eine Möglichkeit der Nutzung einfacher Sensoren, bestehend aus nur Baustein, in der Biotelemetrie. Hiermit wird eine neue Alternative für die Messung unterschiedlicher physiologischer Parameter vorgestellt.