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Orientador : Wang Binseng Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: O potencial evocado visual (PEV) é uma resposta elétrica provocada por estimulação visual da retina e registrada no escalpo sobre a região occipital do córtex. Como índice objetivo da experiência visual. é utilizado clinicamente para avaliar a função visual. requerendo pouca cooperação do paciente e auxiliando no prognóstico e diagn6stico de distúrbios visuais. Dois tipos gerais de estímulos visuaIs são usados para provocar PEV: estímulos não-padronizados do tipo nflashesn de luz e estímulos padronizados. i.e.. padrões 6pticos ricos em bordas de contraste. tais como xadrez e barras. Os estímulos padronizados podem ser apresentados alternadamente com quadros pretos (luminância variável) ou reversivamente. i.e.. com os elementos pretos e brancos alternando de cor (luminância constante). Um estimulador programável com padrões ópticos foi construído com um microprocessador de 8 bits (8085). decodificadores. buffers, RAM (2114). EPROM (2716), controlador de vídeo (8275) e uma interface paralela (8255) para comunicação com o usuário através do painel de controle. Os padrões ópticos gerados são apresentados na tela de um televisor comum em preto-e-branco modificado. Nas chaves do painel de controle. selecionam-se as características de estimulação: - tipo de estímulo: xadrex, barras horizontais e verticais; - número de elementos: xadrez - lxl. 2x2. 4x4, 8x8. 16x16. 30x30. 40x40 e 80x80; modo de estimulação: alternado ou reversivo; - frequência de estimulação: 0.5. 1.0 1.5. 2.0. 3.0, 3.75. 5.0. 6.0. 7.5 e 15 estímulos/s; e - campo visual: completo. Às medidas de bancada e os resultados dos testes experimentais demonstraram o bom desempenho do prot6tipo em provocar PEV. Posteriormente, o prot6tipo será testado e utilizado no Hospital de Clínicas da UNICAMP, em conhunto com o Sistema Inteorado para Potencial Evocado em desenvolvimento Abstract: Visual evoked potential (VEP) is a cortical response elicited by optical stimulation of the retina recorded on the scalp in the occipital region. It- can.be( used as an objective index of visual experience in studies of human visual system, requirino little patient cooperation and without involvement of subjective judgement. Two kinds of stimuli have been used to elicit VEP: non-patterned stimuli, i.e.. ligth flashes and patterned stimuli. l.e.. optical patterns such as checkerboards or vertical bars. Patterned stimuli can be presented either alternating patterns with black frames (non-constant luminance) or reversing black elements to white and vlce-versa (constant luminance). A programmable optical-pattern stimulator for VEP was built with an 8-bit microprocessor (8085) . decoders, RAM (2114) . EPROM (2716). a video controller (8275), and a parallel interface (8255). The patterned stimuli generated are presented to patient on the screen of a 16-inch black-and-white TV set. Five switches on the front panel are available for selection of the stimulation parameters: - patterns: checkerboard. horizontal bars, and vertical bars; - number of elements: checkerboard - lx1, 2x2, 4x4, 8x8. 16x16, 30x30. 40x40 and 80x80; bars - 1, 2, 4, 8, 16, 30, 40 and 80; - stimulation mode: alternating or rever sal; - stimulation rate: 0.5, 1.0. 1.5. 2.0, 3.0 3.75, 5.0, 6.0, 7.5 and 15 stimuli/s; and - visual field: full. The bench tests and the experimental results have confirmed the Qood performance of the prototype. Further work will be done towards clinical assesment of the optical stimulator in conjunction with the inteQrated system for evoked potential (currently, beinQ developed) at the University Hospital of Campinas Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Agradecimentos: We would like to thank CNPq, CAPES and SETI-PR for the important funding and financial support Abstract: Signal analysis involves time and/or frequency domains, and correlations are described in the literature for voluntary contractions. However, there are few studies about those correlations using mechanomyography (MMG) response during functional electrical stimulation (FES) elicited contractions in spinal cord injured subjects. This study aimed to determine the correlation between spectral and temporal MMG features during FES application to healthy (HV) and spinal cord injured volunteers (SCIV). Wenty volunteers participated in the research divided in two groups: HV (N=10) and SCIV (N=10). The protocol consisted of four FES profiles transcutaneously applied to quadriceps femoris muscle via femoral nerve. Each application produced a sustained knee extension greater than 65º up to 2 min without adjusting FES intensity. The investigation involved the correlation between MMG signal root mean square (RMS) and mean frequency (MF). HV and SCIV indicated that MMGRMS and MMGMF variations were inversely related with -0.12 = r = -0.82. The dispersion between MMGMF and MMGRMS reached 0.50 = r2 = 0.64. The increase in MMGRMS and the decrease in MMGMF may be explained by the motor units coherence during fatigue state or by motor neuron adaptation (habituation) along FES application (without modification on parameters) CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES Aberto

INTRODUCTION: The evaluation of muscular tissue condition can be accomplished with mechanomyography (MMG), a technique that registers intramuscular mechanical waves produced during a fiber's contraction and stretching that are sensed or interfaced on the skin surface. OBJECTIVE: Considering the scope of MMG measurements and recent advances involving the technique, the goal of this paper is to discuss mechanomyography updates and discuss its applications and potential future applications. METHODS: Forty-three MMG studies were published between the years of 1987 and 2013. RESULTS: MMG sensors are developed with different technologies such as condenser microphones, accelerometers, laser-based instruments, etc. Experimental protocols that are described in scientific publications typically investigated the condition of the vastus lateralis muscle and used sensors built with accelerometers, third and fourth order Butterworth filters, 5-100Hz frequency bandpass, signal analysis using Root Mean Square (RMS) (temporal), Median Frequency (MDF) and Mean Power Frequency (MPF) (spectral) features, with epochs of 1 s. CONCLUSION: Mechanomyographic responses obtained in isometric contractions differ from those observed during dynamic contractions in both passive and functional electrical stimulation evoked movements. In the near future, MMG features applied to biofeedback closed-loop systems will help people with disabilities, such as spinal cord injury or limb amputation because they may improve both neural and myoelectric prosthetic control. Muscular tissue assessment is a new application area enabled by MMG; it can be useful in evaluating the muscular tonus in anesthetic blockade or in pathologies such as myotonic dystrophy, chronic obstructive pulmonary disease, and disorders including dysphagia, myalgia and spastic hypertonia. New research becomes necessary to improve the efficiency of MMG systems and increase their application in rehabilitation, clinical and other health areas.

O presente trabalho apresenta a proposta de um Programa para o desenvolvimento do Sistema Nacional de Inovação de Produtos Médicos - SNIPM no âmbito do Sistema Único de Saúde - SUS, de forma integrada e alinhada com as ações do Ministério da Saúde. Os conhecimentos e as ferramentas em engenharia clínica permitiram realizar uma análise diferenciada do contexto socioeconômico do setor, a sistematização e a percepção dos fatores e atores que induzem ou retardam o crescimento tecnológico do setor. Neste artigo, buscou-se contextualizar o setor de produtos médicos no Brasil à luz da atual conjuntura socioeconômica nacional e mundial, caracterizando-o como de grande indutor de atividades inovadoras. Posteriormente, são abordadas as definições e teorias sobre os Sistemas Nacionais de Inovação e as especificidades do SNIPM no Brasil, apresentando seus atores incluindo suas atribuições e competências. A metodologia utilizada para a coleta e análises de dados econômicos é apresentada, de modo a caracterizar a importância deste segmento para a economia nacional e suas potencialidades na indução do surgimento de tecnologias inovadoras no SNIPM. A análise dos dados setoriais coletados durante a pesquisa é apresentada, como o objetivo de quantificar e apresentar os números socioeconômicos do setor de produtos. Por fim, é apresentado o delineamento de um Programa destinado acatalisar o desenvolvimento do SNIPM considerando as demandas tecnológicas e prioridades do SUS e as dos mercados-alvo do setor produtivo. A proposta, que foi desenvolvida e implementada no Ministério da Saúde, pode se constituir como uma das ferramentas no âmbito do SUS destinadas a fortalecer e modernizar o setor de equipamentos e materiais de uso em saúde, visando à ampliação da capacidade inovadora das empresas e mudança do seu patamar competitivo. This paper presents a proposal of a program for the development of the Brazilian National Innovation System for Medical Products (SNIPM) under the National Health System (SUS) integrated and aligned with the actions of the Brazilian Ministry of Health. Clinical engineering knowledge and tools allowed performing a differentiated socio-economic analysis of the sector, the systematization and the perception of actors and factors that induce or retard the growth of the technology sector. In this article, the medical devices sector in Brazil was first contextualized to in the light of current national and global socio-economic conjuncture, in order to characterize it as a major inducer of innovative activities. The definitions and theories about the National Innovation Systems are described, followed by a discussion of the specifics of SNIPM in Brazil, with its actors, including their duties and responsibilities. The methodology for the collection and analysis of economic data, were shown, in order to characterize the importance of this sector to the national economy and its potential to induce the rising of innovative technologies whithin the SNIPM. The analysis of industry data is presented, which attempts to present and comment on some industry data collected during a survey. In the Results section, it is presented the design of a program used to to catalyze the development of the SNIPM considering the technological demands and priorities of the SUS and the target markets of the productive sector. The proposed program, which was developed and implemented within the Brazilian Ministry of Health, can become one of the tools within the SUS to strengthen and modernize the sector of medical equipments and materials, aiming to increase the innovative capacity of firms and change its competitive standing.

Orientador: Eduardo Tavares Costa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O objetivo da apodização (polarização não-uniforme) foi obter discos de cerâmicas piezoelétricas que vibrassem mais intensamente na região central do que na região periférica, para produzir transdutores de ultra-som com campos em que a contribuição das ondas de borda fosse mínima, reduzindo os efeitos da difração. Um programa para implementar o Método de Elementos Finitos (MEF) foi usado para simular o campo elétrico de polarização de um disco de cerâmica, formatado por eletrodo esférico. Procurou-se determinar o melhor valor do raio do eletrodo para o processo de apodização, a distribuição dos vetores de campo elétrico no interior da cerâmica e descrever a intensidade do campo elétrico de apodização por uma equação polinomial. O MEF também foi usado para simular o comportamento vibracional dos discos de cerâmica apodizados. Os resultados deste trabalho demonstraram que é possível modificar a polarização da cerâmica usando um eletrodo esférico encostado na face superior do disco cerâmico, cujo eletrodo depositado original foi previamente removido. Discos de PZT5A foram apodizados e usados na montagem de transdutores de ultra-som. Também foram montados transdutores com cerâmicas polarizadas uniformemente, para comparar o desempenho destes com os apodizados. O mapeamento do campo acústico dos transdutores construídos mostrou que os campos gerados pelos transdutores apodizados atingem distâncias maiores a partir da face do transdutor, em relação aos transdutores não-apodizados, devido à menor contribuição das ondas de borda, que reduz os efeitos da difração acústica Abstract: The objective of apodization (non uniform polarization) was to obtain piezoelectric ceramic discs that would vibrate more intensively in the central region than in the edge, to produce ultrasound transducers with acoustic fields where the contributions of the edge waves were minimal, reducing diffraction effects. A program to implement the Finite Element Method (FEM) was used to simulate the electrical polarization field for a ceramic disc. A spherical electrode formatted this electrical field. We tried to determine the best radius of the electrode for the apodization process, the distribution of the electrical field vectors inside the ceramic disc, and to describe the intensity of the apodized electrical field by a polynomial equation. FEM was also used to simulate the vibrational behavior of apodized ceramic discs. The results of this work have shown that it is possible to modify the polarization using a spherical electrode touching the superior face of the ceramic disc, which previous electrode was removed. PZT5A ceramic discs were apodized and used to construct ultrasound transducers. It has also been constructed ultrasound transducers with conventional ceramic discs, in order to compare their performance to that of apodized transducers. The mapping of the acoustic fields of the constructed transducers has shown that the fields generated by the apodized transducers have extended range from the transducer face, compared to that of the non-apodized transducers, due to the lesser contributions of the edges waves reducing the acoustical diffraction effects Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Paulo José Cecílio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A experiência clínica em tratamentos radioterápicos de neoplasia de próstata baseia-se no cálculo de doses em meios homogêneos. Entretanto, o feixe de radiação atravessa tecidos de densidades eletrônicas diferentes como os ossos, que alteram a distribuição de dose. Com o advento da tomografia computadorizada e de algoritmos mais avançados que modelam o feixe de radiação, as heterogeneidades entre os tecidos podem ser incorporadas nos planejamentos de tratamentos radioterápicos. Todavia, não há consenso se as alterações na dose por correções de heterogeneidade são significativas. Por tais razões, pretendeu-se no presente trabalho avaliar a necessidade das correções de heterogeneidade em planejamentos de tratamentos radioterápicos de câncer de próstata. Para isso, analisaram-se as médias das diferenças percentuais nas doses em volume alvo e órgãos de risco obtidas em cálculos com e sem correções de heterogeneidade utilizando imagens tomográficas reais de pacientes que trataram dessa neoplasia. Essa avaliação foi realizada para dois métodos de tratamentos diferentes. O primeiro é o conformacional tridimensional (25 casos), algoritmos de cálculo Convolution, Superposition e Fast Superposition do sistema de planejamento XiO/Elekta, feixes de 6 e 10 MV e 4 campos em box. O segundo por intensidade modulada (14 casos), algoritmo de cálculo Pencil Beam Convolution do sistema de planejamento Eclipse/Varian com dois métodos de correção Batho Modificado e Razão Tecido-Ar Equivalente, feixe de 6 MV e geometria de 5 campos oblíquos. As diferenças percentuais médias resultantes nos volumes estudados foram menores que a incerteza aceita atualmente no cálculo de dose de 3% para as duas modalidades de tratamento. Apesar disso, a variabilidade na anatomia dos pacientes, geometria de campos e energia dos feixes apontam para a necessidade de tais correções e a utilização de métodos ainda mais exatos para a diminuição dessa incerteza no futuro Abstract: Clinical experience in radiotherapy treatments for prostate cancer is based on the calculation of doses in homogeneous media. However, the radiation beam traverses different electron densities in tissues such as bone, altering the dose distribution. With the advent of computed tomography and more advanced algorithms that model the radiation beam, the heterogeneity between tissues can be incorporated in the planning of radiotherapy treatments. However, there is no consensus whether changes in dose for inhomogeneity corrections are significant. For these reasons, this study intended to evaluate the need for inhomogeneity corrections in treatment planning for radiotherapy of prostate cancer. We have analyzed the average percentage differences in doses in the target volume and organs at risk obtained by calculations with and without heterogeneity corrections using actual CT images of patients treated for this cancer. This evaluation was performed for two different methods of treatments. The first is the three-dimensional conformational (25 cases), calculation algorithms Convolution, Superposition and Fast Superposition from the computerized planning system XiO/Elekta, beams of 6 and 10 MV and 4 fields in box. The second by intensity modulated (14 cases), calculation algorithm Pencil Beam Convolution from the computerized planning system Eclipse/Varian with two correction methods Modified Batho and Equivalent Tissue-Air Ratio, 6 MV beam and geometry of 5 oblique fields. The resulting average percentage differences in volumes studied were smaller than the currently accepted uncertainty in the dose calculation of 3% for both treatment modalities. Nevertheless, variability in anatomy of patients, geometry and field energy beams brings the need for these corrections and the use of more accurate methods to reduce this uncertainty in the future Mestrado Engenharia Biomédica Mestra em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A desfibrilação é a única terapia conhecida para reverter o quadro de fibrilação ventricular. Entretanto, a estimulação do coração com campos elétricos de grande magnitude durante a desfibrilação pode lesar miócitos cardíacos, e, como conseqüência, a eficiência contrátil do coração ser reduzida. Neste trabalho, estudamos o efeito da estimulação por campo elétrico (E) de alta intensidade sobre miócitos cardíacos isolados de rato. O valor máximo de potencial extracelular gerado por E (Ve-max) foi estimado usando-se um modelo eletromagnético. Os principais resultados foram: a) A aplicação de E de alta intensidade causa aumento sustentado de [Ca2+] citoplasmática ([Ca2+ ]i), bem como contratura, que são dependentes de [Ca2+] extracelular; para campos maiores que 50 V/cm, estas respostas são irreversíveis e levam à morte celular; b) retículo sarcoplásmatico, mitocôndrias, trocador Na+-Ca2+ de canais de Ca2+ do sarcolema não contribuem de forma significativa para estes efeitos; c) durante aplicação de choques a células despolarizadas com alta [K+] extracelular, observou-se um incremento de Ve-max semelhante ao valor do potencial transmembrana de repouso (Vm ~-85 mV), o que indica que Ve-max pode ser considerado uma estimativa razoável da máxima variação de Vm durante o choque; d) aumento da resistência celular ao efeito letal de E, avaliada pelo valor de E associado a probabilidade de letalidade de 50% (EL50), ocorreu com a aplicação de pulsos bipolares da mesma energia, durante a estimulação de receptores ß- adrenérgicos, e em miócitos isolados de animais nos quais foi induzido stress por imobilização e choques nas patas repetidos. Conclui-se que: a) O aumento sustentado de [Ca2+]i ocorre provavelmente por influxo do íon através de poros hidrofílicos formados na membrana devido à imposição de E de alta intensidade (eletroporação); b) a superioridade de pulsos desfibrilatórios bipolares, já descrita na literatura, pode dever-se, pelo menos em parte, pelo menor potencial letal desta forma de onda; c) tanto a estimulação ß-adrenérgica in vitro, quanto a condição de stress parecem conferir proteção contra o efeito letal de E. Espera-se que estes resultados representem uma contribuição para o desenvolvimento de procedimentos mais seguros, tanto para desfibrilação, quanto para estimulação marca-passo do coração Abstract: Electric defibrillation is currently the treatment able to reverse ventricular fibrillation. However, cardiac stimulation with high-intensity electric fields may cause injury to myocardial cells, thus impairing cardiac contractility. In this study, the effects of highintensity electric fields (E) on isolated rat ventricular myocytes were analyzed. The maximum value of field-induced extracellular potential (Ve-max) was estimated using an electromagnetic model. Our main results were: a) Application of high-intensity E causes sustained increase in cytosolic [Ca2+] ([Ca2+]i) and marked cell contracture, and both effects depend on the presence of extracellular Ca2+; for E> 50 V/cm, these responses are irreversible and lethal injury develops; b) sarcoplasmic reticulum, mitochondria, Na+-Ca2+ exchanger and sarcolemmal L-type Ca2+ channels do not seem to contribute significantly to such effects; c) when shocks were applied to cells depolarized by high extracellular [K+], Ve-max was increased by an extent that was close to the value of the resting transmembrane potential (Vm ~-85 mV), which indicates that Ve-max may be considered a reasonable estimation of the maximum variation of Vm during the shock; d) increase in cell resistance to the lethal effect of E, assessed as the value of E associated to 50% probability of lethality (EL50), was observed during application of biphasic stimuli with the same pulse energy, during ß-adrenergic receptor stimulation, and in myocytes isolated from rats in which stress was induced by repeated immobilization and footshock. It may be concluded that: a) The sustained increase in [Ca2+]i is probably due to Ca2+ influx through hydrophilic membrane pores generated during application of high-intensity E (electroporation); b) the better defibrillation results described in the literature with biphasic shock may be due, at least partly, to the lesser ability of this waveform to cause lethal injury; c) both in vitro ß-adrenergic stimulation and the stress condition in vivo appear to exert a protective effect against the lethal effect of E. We expect that the present results may contribute to the development of safer procedures for both pacemaker and defibrillatory field stimulation of the myocardium Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Lincoln de Assis Moura Junior, Sergio Shiguemi Furuie, Eduardo Tavares Costa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A identificação de estruturas constitui uma etapa importante em processamento de imagens médicas. Este trabalho pretende contribuir na área de identificação de imagens médicas, e tem por objetivo propor uma metodologia genérica para identificação de estruturas, utilizando uma abordagem em múltiplas resoluções, o espaço de escalas. Avalia-se a utilização de uma representação de dados em múltiplas escalas que permite a inclusão de conhecimento a priori sobre as estruturas em diversas escalas e ainda explora-se a idéia de realizar o processamento em uma escala apropriada. A metodologia é composta das seguintes etapas: (i) criação de uma representação dos dados em diversas escalas utilizando a teoria de espaço de escalas linear. (ii) A seguir, analisa-se as imagens presentes em todas as escalas e detecta-se as características relevantes das imagens. O produto dessa etapa é uma representação em forma de árvore que mapeia as relações entre as estruturas no espaço de escalas. Essa representação serve como base para o passo seguinte, o processamento de alto nível, no qual o conhecimento a priori sobre a estrutura procurada é modelado e incluído na representação. (iii) A última etapa é o casamento entre os elementos presentes na estrutura construída e um padrão conhecido que descreve a estrutura de interesse. A metodologia é genérica e o tipo de informação armazenada no padrão depende da aplicação específica. Neste trabalho, foi implementado um protótipo, no qual são utilizadas informações geométricas para identificação de órgãos em imagens 2D de phantom que reproduz a anatomia humana. Os resultados da aplicação da metodologia em imagens com diferentes níveis de ruído e contraste foram bastante satisfatórios. As duas primeiras etapas já estão implementadas para imagens 3D e novos parâmetros podem ser facilmente incluídos na etapa de casamento para aplicações em imagens tri-dimensionais Abstract: The identification of structures is an important step for several applications in the field of medical imaging. The purpose of this thesis is to contribute to the field of identification in medical images. Its main goal is to propose a generic methodology for identification of structures by using a multiresolution approach, the scale-space. We evaluate the use of a data representation that allows the inclusion of a priori knowledge about the structures in several scales and we also develop the idea of an appropriate scale to perform the processing. The proposed methodology comprises the following steps: (i) creation of an image representation in several scales using the scale space theory. (ii) Then the images in all scales are inspected and relevant features are extracted; the output of this step is a tree structure that maps the relations of the detected features throughout the scale space; the representation serves as a guide to subsequent high level processing step, where a priori knowledge about the desired feature is modeled and included in the representation. (iii) The last step is the matching between the elements present in the built structure and a known pattern that describes the structure of interest. The proposed methodology is generic and the type of information to be used depends strongly on the application. In this Thesis, we built a prototype application in which we used geometric information for identification of organs in 2D phantom images that reproduces human anatomy. The results of applying this method to a set of images with different noise and contrast levels were quite satisfactory. The two initial steps of the method were also implemented for 3D images. New parameters can be easily included in the matching step for extension to 3D Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Marco Antonio Gutierrez, Wilson Mathias Jr Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Embora alguns equipamentos atuais de imagem por ultra-som. ofereçam ferramentas específicas para estudos de Ecocardíografi a por Contraste de Microbolhas (ECM) e apesar do potencial comprovado da técnica para a análise quantitativa da perfusão miocárdica, seu uso se restringe praticamente à interpretação qualitativa (visual) das imagens clínicas. Este fato é normalmente atribuído à inexistência de métodos de quantificação rápidos, e ao mesmo tempo robustos, para utilização direta na rotina clínica. Os métodos propostos na literatura e alguns softwares, disponibilizados recentemente no mercado requerem, quantificações offlim, principalmente devido à falta ou ineficiência das ferramentas para alinhamento das imagens da seqüência de ECM e para colocação de regiões de interesse (ROls). O objetivo desta tese foi o desenvolvimento de um método rápido e de fácil utilização para quantificação setni-automática da perfusão miocárdica por ECM, cora ênfase na automatização do alinhamento das imagens e da colocação de ROls. Para o alinhamento (translação e rotação) foram desenvolvidos dois algoritmos baseados em Templaíe Matching, técnicas de busca rápida e correlação. A colocação de ROls é feita de forma automática e padronizada a partir de um contorno da parede miocárdica desenhado pelo usuário. Foi implementado um programa para quantificação em ECM com base no método desenvolvido e este protótipo foi testado com 30 seqüências de ECM (570 imagens). Testes quantitativos demostraram precisão média no processo de alinhamento de 1 pixel (para translação) e 1 grau (para rotação), com exatidão aproximada de ± 1 pixel e de± i grau. Testes qualitativos indicaram colocação ótima das ROls em cerca de 67% das seqüências analisadas. De forma gerai, os resultados de quantificação foram equivalentes aos de um processo com alinhamento automático e ajuste manual de ojfsets remanescentes, ou mesmo aos de um processo com alinhamento de quadros totalmente manual. A variabilidade intra-observador verificada foi pequena e estatisticamente insignificante. O tempo de processamento do protótipo baseado no método desenvolvido foi aproximadamente 50% menor que o cie um processo de quantificação equivalente com ajuste manual dos quadros pré-alinhados Abstract: Although some current commercial ultrasound machines incorporate tools for Myocardial Contrast Echocardiography (MCE) and the technique has a great potential for quantitative analysis of myocardial perfusion, its use is pratically restricted to qualitative (visual) interpretation of clinical data. This is due to the lack of fast and robust quantification systems to be used in the clinical practice. Quantification methods found in the literature and some commercial softwares now available demand extra time for offline quantification, mainly due to the lack or inefficiency of images alignment and regions of interest (ROIs) placement. The objective of this thesis was the development of a fast, easy-to-use semi-automatic method for perfusion quantification in MCE, emphasizing the automatization of images alignment and of the placement of regions of interest. To align images (translation and rotation) we have developed two algorithms based on template matching, fast search algorithms and correlation. ROPs placement over myocardium wall is automatic and standardized and starts with the user drawing the myocardium borders. It has been implemented a software for MCE quantification based on the developed method and this prototype was tested with thirty MCE sequences (570 images). Quantitative tests have shown mean precision of 1 pixel (translation) and 1 degree (rotation) in the alignment process, and accuracy around ± 1 pixel and ± 1 degree. Qualitative tests have shown optimal placement of ROIs over myocardium in about 67% of tested sequences. In general, quantification results have shown that the method performance is similar to a quantification process with automatic alignment and manual adjustment of remaining shifts (translation and rotation), or also to a process with a full manual alignment of frames. Intra-observer variability was small and statiscally insignificant. The computational time of the prototype based on the developed method was around 50% less than the computational time of a similar quantification process with manual adjustments of pre-aligned frames Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Instrumentos de avaliação sistematizados em paralisia cerebral (PC) são fundamentais em avaliação, tratamento e pesquisa. O questionário de qualidade de vida pediátrico PedsQL tem por objetivo verificar o impacto de enfermidades na qualidade de vida. O PedsQL para PC aborda questões específicas relacionadas à condição. O Gross Motor Function Measure (GMFM) é um instrumento que visa quantificar a função motora grossa e é amplamente utilizado no mundo, inclusive no Brasil. A alteração dos padrões de marcha é comum em PCs. O padrão-ouro para avaliar marcha é a análise tridimensional; entretanto, é improvável torná-la rotina na prática clínica. Tendo em vista estas dificuldades, foi desenvolvida a escala visual de marcha de Edimburgo. Embora a importância desses instrumentos seja indiscutível e alguns estarem sendo utilizados no Brasil, não há tradução oficial, validação, nem adaptação cultural deles. Também faltam estudos de fidedignidade e da influência do treinamento na utilização de escalas de marcha visuais. Este trabalho tem como objetivos traduzir, validar, adaptar culturalmente os três instrumentos, verificar a correlação da escala de Edimburgo com a análise tridimensional e verificar a influência do treinamento na fidedignidade intra e inter-observadores e na concordância com o padrão-ouro. 64 pais e 36 crianças com paralisia cerebral participaram do estudo de validação do PedsQL PC brasileiro; 10 crianças foram filmadas e avaliadas através da versão brasileira do GMFM e duas crianças inglesas submeteram-se à avaliação de marcha em laboratório e através de vídeo convencional. Oito fisioterapeutas avaliaram os vídeos e conferiram escores às avaliações motoras de GMFM e 22 fisioterapeutas avaliaram os vídeos de marcha, segundo a Escala de Edimburgo. Verificou-se que as versões Brasileiras do PedsQL (primeira versão e modificada) apresentaram boa consistência interna, sensitividade e as duas versões, embora demonstrem resultados estatisticamente diferentes, apresentam uma correlação quase perfeita (0,998). É necessária uma investigação com maior número de crianças de variadas classificações funcionais. Quanto ao GMFM, a fidedignidade inter-avaliadores foi substancial (medianas de kappa= 0,69 e 0,71) e a fidedignidade intra-avaliadores foi quase perfeita (mediana de kappa =0,976), o que torna a versão da escala relativamente confiável, mesmo sem o auxílio do manual. Entretanto, os resultados de fidedignidade observados são menores que em trabalhos que utilizaram o manual, ainda não traduzido para o Brasil. Foi desenvolvido um pacote de treinamento para a Escala Visual de Marcha de Edimburgo em CD, com versões em inglês e português, de fácil manuseio e boa interatividade, embora em linguagem simples. A versão brasileira da escala de Edimburgo obteve índices substanciais de fidedignidade intra-avaliador e modestos entre avaliadores. A concordância com a avaliação instrumentada geral foi menor que 50%, para os grupos treinado e não treinado. O treinamento através do CD melhorou a fidedignidade intra e inter-avaliador e a concordância com a avaliação instrumentada. Estudos com maior número de pacientes são necessários para verificação das fidedignidades da Escala de Edimburgo, bem como a avaliação da versão em inglês do pacote de treinamento e a verificação de outras formas de treinamento. A disponibilização dos três instrumentos de avaliação em PC contribui para estudos futuros no Brasil. Abstract: Systematized evaluation tools for children with Cerebral Palsy is very important in evaluation, treatment and research. The pediatrics Quality of Life Questionnaire PedsQL has the purpose of verify the diseases impact in quality of life. Its Cerebral Palsy version encompasses more specific questions regarding motor damage due to CP. The Gross Motor Function Measure GMFM) is a tool that aims to quantify Gross Motor Function. It is widely used around the world, including Brasil. Changes on the gait patterns are common in CP. The golden standard to evaluate gait is three-dimensional gait analysis, although it is not possible to perform this evaluation as a routine in clinics. The Edimburgh Visual Gait Scale was developed based on video. Although the importance of these tools is incontestable and some are being used in Brazil, there is no official translation, nor validation nor cultural adaptation of them. There is still a lack of intra and inter rater reliability studies of the three tools and the training effects on observational gait scales. The purposes of this work are to translate, validate and culturally adapt the above mentioned tools, to verify the correlation between the Edinburgh gait scale and 3D gait analysis as well as to study the training influence on inter and intrarater reliability and on agreement with golden standard. 64 parents and 36 children with CP took part of the PedsQL study; 10 children were filmed and evaluated trough the Brazilian version of GMFM and two English children undergone to laboratorial and video gait evaluation. Eight Physical Therapists evaluated the GMFM videos and 22 Physical Therapists evaluated the gait videos, according to the Edinburgh gait scale. The Brazilian versions of PedsQL (first and modified) show good internal consistency, sensitivity and, although the two brazilian versions returned different scores, they show an almost perfect correlation. Further investigation with more children of all functional classifications is needed. Regarding GMFM, the global inter rater reliability was substantial and the intrarater reliability was almost perfect, which makes the Brazilian scale feasible even without the manual. However, the reliability found on this work was smaller than works that used the GMFM manual, still not translated to Brazil. It was developed a training package to the Edinburgh Visual Gait Scale in a simple, easy handling and interactive CD, with versions in English and Portuguese. The Brazilian version of the Edinburgh Visual Gait Scale had substantial intra rater reliability and modest inter rater reliability. The mean agreement with 3D gait analysis was less than 50% for trained and untrained groups. Training with CD has improved intra and inter rater reliability as well as agreement with 3D analysis. Reliability studies with more volunteers as well as studies with the English version training package and other training approaches are needed. The three evaluation tools available now in Portuguese will contribute with more studies in Cerebral Palsy in Brazil. Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Saide Jorge Calil Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: No Brasil, existe uma parcela significativa de equipamentos médico-hospitalares inoperantes devido à condução inadequada, feita por pessoas despreparadas, do processo de aquisição desses equipamentos. Visando uma futura solução para esse problema, nesta tese foi desenvolvido um estudo para mostrar a possibilidade de representar (através da utilização de redes neurais artificiais) o processo cognitivo utilizado por engenheiros clínicos experientes durante a fase de ponderação dos critérios para julgamento de propostas de fornecimento de equipamentos médicos. Para isso, as respostas fornecidas, a uma pesquisa com engenheiros clínicos de várias regiões do país, foram usadas para construir exemplos para treinamento de diversas arquiteturas de redes neurais. Os melhores resultados (maior correlação com as respostas originais e menor erro quadrático de teste) foram obtidos para a composição (ensemble) de 100 redes neurais de duas camadas escondidas treinadas com o algoritmo back-propagation. Isso mostrou a viabilidade de representar o conhecimento dos especialistas na forma de um modelo conexionista não-linear, cujas saídas fornecem a importância de diversos fatores (clínico, financeiro, qualidade, segurança e técnico) envolvidos no processo de julgamento de propostas para aquisição de um equipamento médico Abstract: Most recently, in Brazil, there are evidences of a great number of useless medical equipment, due to the absence of experienced professionals to conduct an effective purchasing plan by the healthcare institutions. In order to search a future solution to this problem it was developed a study to verify the liability of representing (trought artificial neural networks) the cognitive process used by clinical engineering experts, during the evaluation phase of purchasing proposals for medical equipment. An inquiry (using electronic mail) to clinical engineers from several brazilian regions was conducted, using an electronic chart that contained a list of parameters commonly used for this evaluation phase. Data from the filled charts were used to train, and to test, diverse types of artificial neural networks. The best results (major correlation and minor quadratic errors with respect to the original entries) were encountered for an ensemble of 100 two-hidden-layers perceptrons trained with the backpropagation algorithm. It was then showed that the knowlegde of clinical engineers (for the evaluation process of purchasing proposals) can be represented by a non-linear connectionist model, whose entries would be the phisical risk, cost and strategic importance of the medical equipment. The model's outputs are the importance given by clinical engineers for five factors (clinical, financial, quality, safety and technical) for the evaluation of a medical equipment Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Os dutos têm se tornado o principal meio de transporte para gás natural, petróleo e derivados nas últimas décadas. Diversos novos projetos, visando a extensão da malha dutoviária atual estão sendo implantados e as dimensões das redes de distribuição de países desenvolvidos mostram que este tipo de modal será cada vez mais utilizado, acompanhando o crescimento do Brasil. Dutovias com tais dimensões requerem esquemas de manutenção adequados, com técnicas otimizadas de inspeção. A falha, em muitos casos, pode levar a desastres ambientais, com conseqüências econômicas e sociais imensuráveis. Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma nova metodologia para a medição de tensões mecânicas em dutos baseada na variação da velocidade de ondas longitudinais criticamente refratadas (ondas Lcr). Como objetivos específicos foram estudadas a influência da temperatura sobre o resultado da medição, a influência da textura do material para dutos e a determinação e validação do método matemático mais adequado para emprego na determinação das tensões. Para a determinação das tensões no duto foi construído um dispositivo especial para movimentar o conjunto de transdutores ao longo dos pontos de medição. Foram realizadas medições na direção longitudinal e transversal do duto e esses levantamentos foram comparados com medidas de tensão determinadas através de extensômetros. Os resultados finais da tese mostraram a excelente correlação entre a tensão aplicada e a resposta do sistema indicando que a técnica pode ser empregada em campo Abstract: Pipelines have become the main transport means for natural gas, petroleum and derivatives in the last decades. Several new projects aiming the extension of the current pipeline mesh are being deployed and the size of distribution networks in developed countries show that this kind of modal will be increasingly used, following the growth of Brazil. Pipelines with such dimensions require proper schedules for maintenance, with optimized techniques of inspection. In many cases a flaw can lead to environmental disasters with economic and social consequences. This work is aimed to develop a new methodology for the measurement of mechanical stress in pipelines based in the variation of the speed of longitudinal critically refracted waves (Lcr waves). A more specific objectives, this study treats with the influence of the temperature on the measurement results, the influence of the texture of the material for pipelines and the determination and validation of the most suitable mathematical method for determination of the stress. For the determination of the stress in the pipeline a special device was constructed to move the set of transducers along the points of measurement. Measurements were performed in the longitudinal and transversal directions of the pipeline and the results were compared with stress measures determined by strain gages. The final results of the thesis showed the excellent correlation between the applied stress and the response of the system indicating that the technique can be employed in field Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Embora haja demonstração de que a estimulação simpática tenha efeito facilitatório sobre a indução de atividade espontânea em miocárdio há controvérsia sobre a participação dos tipos de adrenoceptores na mediação deste efeito. No presente trabalho, descrevemos um método desenvolvido para determinação, em átrio esquerdo isolado (AE) de rato, da relação concentração-efeito para agentes que exercem efeito arritmogênico por aumento da mobilização celular de 'Ca POT. 2+¿. O método baseou-se na interposição de pausas estimulatórias, durante as quais registraram-se contrações espontâneas (CE), precedidas ou não por trens estimulatórios de alta freqüência (5 Hz). O protocolo estimulatório foi repetido na presença de diferentes concentrações de agonistas. Para cada concentração de agonista, a resposta arrítmica foi considerada como a soma dos números de CE/min, no total de preparações. Foi analisada também a resposta inotrópica, como sendo o incremento de força ou encurtamento de pico, desenvolvidos em AE e miócitos ventriculares (MV), respectivamente. A relação foi ajustada por uma função sigmóide para cálculo de Min (i.e., valor da variável na ausência do agonista), Rmax (resposta máxima) e pD2 (-log da concentração do agonista que produziu uma resposta igual a 50% de Rmax). Este método foi aplicado no estudo dos tipos de adrenoceptores envolvidos na resposta arrítmica a catecolaminas em AE e MV. A Rmax inotrópica à ativação de adrenoceptores 'alfa IND. 1¿ + 'beta IND. 1¿ foi comparável àquela por ativação de apenas receptores 'beta IND. 1¿, em ambos AE e MV. Já a ativação de adrenoceptores 'alfa IND. 1¿ produziu uma Rmax inotrópica de apenas metade daquela observada pela estimulação 'alfa IND. 1¿ + 'beta IND. 1¿. Da mesma forma, a resposta arrítmica foi semelhante para estimulação de adrenoceptores a1+ß1 e de apenas receptores 'beta IND. 1¿. Entretanto, nenhuma resposta foi obtida pela estimulação de receptores adrenérgico do tipo 'alfa IND. 1¿. Estes resultados indicam que a estimulação de adrenoceptores 'alfa IND. 1¿, apesar de evocar uma resposta inotrópica positiva em ambos AE e MV, não é arritmogênica. A ativação do tipo 'beta¿, por outro lado, parece ser a principal via para estimulação inotrópica simpática e na indução de arritmias. Além disso, concluímos que parece existir antagonismo funcional entre os subtipos de adrenoceptores 'beta¿, manifestado por ações pró- e anti-arrítmicas dos subtipos 'beta IND. 1¿ e 'beta IND. 2¿, respectivamente, em miocárdio (tanto atrial, quanto ventricular) de rato Abstract: Although it has been shown that sympathetic stimulation facilitates the appearance of myocardial spontaneous activity, it is still not clear which types of adrenoceptors mediate this effect. In this study, we describe a method developed for determination, in isolated rat atria (AE), of the concentration-effect relationship for arrhythmogenic agents that act via promotion of cell 'Ca POT. 2+¿ overload. The method was based on the interposition of stimulatory rest periods, during which spontaneous contractions (CE) were recorded, preceded or not by high frequency (5 Hz) stimulus trains. The stimulation protocol was applied at each agonist concentration, and the arrhythmic response was taken as the sum of the number of CE/min in all preparations. The positive inotropic response was considered as the agonist-dependent increment of developed force or peak shortening in AE and isolated ventricular myocytes (MV), respectively. Concentration-effect curves were determined by fitting a sigmoid function, from which the following parameters were estimated: Min (i.e., value of the variable in the absence of the agonist), Rmax (maximal response) e 'pD IND. 2¿ (-log of the molar agonist concentration that evokes a response equal to 50% of Rmax). This method was applied to investigate the adrenoceptor types involved in the mediation of catecholamine-induced arrhythmogenesis in AE and MV. Inotropic Rmax to activation of 'alfa IND. 1¿ + 'beta IND. 1¿ adrenoceptors was comparable to that of activation of solely 'beta IND. 1¿ adrenoceptors in both AE and MV. However, Rmax to selective 'alfa IND. 1¿ adrenoceptor activation was only half of that produced by 'alfa IND. 1¿ + 'beta IND. 1¿ adrenoceptor stimulation. The arrhythmic responses to 'alfa IND. 1¿ + 'beta IND. 1¿ and 'beta IND.1¿ receptor stimulation were similar, but selective a1 adrenoceptor activation was unable to evoke any spontaneous activity. The results indicate that a1 adrenoceptors, although able to mediate stimulation in both AE and MV, are not involved in arrhythmogenesis. 'beta¿-adrenoceptor activation, thus, seems the main type involved in both inotropic and arrhythmic responses to catecholamines. In addition, our results point out a functional antagonism between 'beta¿-adrenoceptor subtypes: i.e., pro- and anti-arrhythmic effects mediated by 'beta IND. 1¿ and 'beta IND. 2¿-adrenoceptors, respectively in both atrial and ventricular rat myocardium Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Marco Antonio Gutierrez Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A qualidade nos serviços de saúde aumentou significativamente com a evolução da tecnologia de computadores e redes. Através da integração de informações médicas é possível realizar diagnósticos com maior rapidez e eficácia. Um dos problemas que surgiram nas instituições médicas foi o de integração dos equipamentos antigos de diagnóstico médico por imagem aos sistemas de informação da instituição visto que as informações geradas por esses equipamentos ou não são armazenadas digitalmente ou são geradas e transmitidas em um formato proprietário. Para solucionar esse problema foi desenvolvido um software denominado IDicom que, operando em um computador com Sistema Operacional Livre (Linux Debian), atua como uma interface entre o equipamento de diagnóstico médico antigo e um servidor remoto de imagens. O IDicom realiza a aquisição, conversão das imagens para o formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), visualização e transmissão de imagens médicas para um servidor remoto padrão DICOM de um PACS (Picture Archiving and Communications System) Abstract: The quality of health services has increased significantly with the evolution of computers and networks. Through the integration of medical information it is possible to accomplish medical diagnostics in a faster way and greater effectiveness. One of the problems that appeared in the medical institutions was the integration of old medical imaging equipment to the information system of these institutions since the information generated by those equipment is not stored digitally or is generated and transmitted in a proprietary format. To solve this problem, we have developed Software called IDicom that, running on a microcomputer with Linux Operating System (freeware), acts as an interface between the old medical imaging equipment and a remote imaging DICOM server. IDicom was designed to acquire, convert images to DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) format, visualize and transmit medical images to a remote standard DICOM server in a PACS (Picture Archiving and Communications System) Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Na medição de tensões residuais com ultra-som, é necessário conhecer a profundidade de propagação da onda. Sem isso, é impossível definir onde a tensão está sendo medida. Neste trabalho, procurou-se uma relação entre características físicas de transdutores piezoelétricos (freqüência de vibração) e a profundidade de penetração de ondas longitudinais criticamente refratadas (ondas Lcr). Primeiramente buscou-se uma base teórica que sinalizasse alguma relação entre a freqüência destas ondas e a profundidade na qual as mesmas se propagam. Depois de definida a teoria, foi estabelecida um procedimento experimental para comprovação prática. Para isto, foi utilizado um tipo de material metálico (aço API 5L X70) no qual ondas longitudinais criticamente refratadas foram excitadas com três diferentes níveis de freqüência (2,25; 3,5 e 5 MHz). Depois das medições realizadas no material, rasgos com diferentes profundidades foram usinados nas amostras metálicas e novamente ondas Lcr foram excitadas nos três níveis de freqüência definidos anteriormente. Os resultados foram comparados e uma relação entre profundidade de penetração e freqüência do transdutor pôde ser obtida. Para qualquer das freqüências, a profundidade de propagação esteve entre 1 e 2 comprimentos de onda Abstract: This investigation describes a model which permits evaluating the local properties during the process of wax formation. To achieve this objective it was necessary to know the local heat and mass transfer coefficient and hence solve the flow, heat and humidity fields. The solution is based upon converting the fields function in terms of the vorticity and stream function. Once the local heat and mass transfer coefficients are determined a two stage model for the wax formation was used to determine the growth rate of the wax layer. The results were then compared with existing numerical and experimental results and good agreement were found. Additional results were obtained to demonstrate the variation of wax density, temperature field and wax thickness. These results were analyzed and commented. The results obtained from this investigation are important in future studies in wax formation as well as in the energy optimization of the dewaxing process Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Santos Muhlen Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho descreve a construção de um dispositivo eletrônico para medição de camada semi-redutora em feixes de raios-X de aparelhos de radiodiagnóstico. O dispositivo faz uso de um transdutor constituído por três sensores que utilizam o efeito fotoluminescente do cintilador orgânico antraceno. O sinal luminoso, proporcional à radiação incidente, sensibiliza três fotoresistores que fazem parte de um circuito eletrônico de aquisição e registro de medida. Além das características adequadas de sensibilidade e dependência energética do transdutor construído, é desejável que apresente baixo custo em relação aos transdutores tradicionais. Os resultados obtidos com os protótipos já caracterizados demonstraram a sua viabilidade e encorajam a sua utilização em serviços de campo Abstract: This work describes the construction and the validation tests of an electronic device able to measure the half value layer in diagnostic X-ray beams. The device utilizes a transducer assembled with three sensors using the photoluminescence of the organic scintillator anthracene. The light signal, proportional to the incident radiation, reaches three photo resistors that are part of the electronic acquisition circuitry and measurement register. Besides adequate features of sensitivity and energy response, it is expected that the assembled transducer present low cost compared to the conventional measurement devices. The results obtained with the characterized prototypes have shown their feasibility and encouraged their use in field services Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Biomédica

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O diagnóstico médico por ultra-som vem sendo amplamente difundido, tornando se referência em muitos exames clínicos. Por meio das imagens por ultra-som é possível representar a anatomia de tecidos e órgãos de forma não-invasiva, em "tempo real" e sem a utilização de radiação ionizante. A construção de equipamentos de geração de imagens por ultra-som exige um conjunto confiável de circuitos e componentes eletrônicos, de forma a excitar os transdutores ultra-sônicos e também receber os sinais refletidos de forma rápida e robusta. Entretanto, há também a necessidade da utilização de softwares capazes de processar os sinais ultra-sônicos e gerar as imagens de maneira eficiente. Esse trabalho teve como objetivo primário o desenvolvimento de um software código aberto para formação de imagens por ultra-som, empregando técnicas de formação de imagem por ultra-som em "tempo real". O feixe acústico produzido pelos transdutores matriciais do tipo array pode ser defletido e/ou focalizado pela ativação eletrônica dos elementos do transdutor. Dessa forma, como objetivo secundário, foram desenvolvidos circuitos digitais que geram os estímulos com as seqüências de ativação dos elementos transdutores, para que o feixe acústico seja defletido ou focalizado em uma dada distância ou ângulo a partir da face do transdutor matricial. Os circuitos digitais foram criados utilizando FPGA's. O software de geração de imagens bidimensionais por ultra-som, batizado de ImageB, foi desenvolvido em linguagem C++ com Qt Toolkit 4, com estrutura modular, pode ser estendido por meio de plug-ins além de ser multiplataforma e de licença livre. Além dos algoritmos clássicos para conversão do sinal de RF para imagem em escala de cinza, o software incorpora também as técnicas de abertura e focalização sintética (SAFT e SF). O software e o hardware desenvolvidos nesse trabalho foram testados com um transdutor matricial linear de doze elementos, com freqüência central de ressonância de 1MHz. Foi possível observar que os circuitos foram capazes de defletir e focalizar o feixe acústico e o software ImageB foi capaz de gerar imagens dinâmicas de uma estrutura conhecida (phantom de laboratório), trabalhando de forma paralela e integrada com o hardware desenvolvido Abstract: The ultrasound medical diagnosis has been widely used, becoming a reference in many clinical procedures. Ultrasound imaging makes it possible to represent the anatomy of organs and tissues in a non-invasive, real time way and without using ionizing radiation. The construction of ultrasound imaging systems requires a set of reliable circuits and electronic components, for exciting the ultrasonic transducers and receiving the reflected signals in a fast and robust way. However, one has to use software capable to efficiently process the received ultrasound signals and generate images. This work, as primary objective, aimed at the development of an open-source software for ultrasound image formation, employing techniques for real time ultrasound image formation. The acoustic beam produced by array transducers can be steered and/or focused by electronic activation of the elements of the transducer. As secondary objectives, digital circuits were developed to generate the sequence of activation of the transducer elements in order to steer and focus the acoustic beam electronically over the region of interest at a given distance or angle from the face of the transducer array. These digital circuits were created using FPGA's. The software to generate two-dimensional ultrasound images, ImageB, was developed in C++ with Qt Toolkit 4, has been designed in a modular form, can be extended via plug-ins and is multiplatform and freeware. Besides the traditional algorithms for conversion of the RF signal to grayscale image, the software also incorporates the techniques of aperture and synthetic focus (SAFT and SF). The hardware and software developed in this work were tested using a 1 MHz 12-element array transducer. It was possible to notice that the circuits were capable to steer and focus the acoustic beam and the software ImageB was capable to generate dynamic ultrasound images of a known structure (laboratory phantom), working with the developed hardware in an integrated and parallel way Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vera Lucia da Silveira Nantes Button Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: o objetivo deste trabalho foi aprimorar o processo de apodização de discos de cerâmica piezoelétrica utilizado no LUS (Laboratório de Ultra-Som, DEB/FEEC e CEB, UNlCAMP), buscando estabelecer uma melhor relação entre tempo de aplicação do campo elétrico e a temperatura do banho de óleo isolante usado no processo. A apodização das cerâmicas piezoelétricas é utilizada para reduzir a difração no campo acústico gerado por transdutores de ultra-som, como já foi comprovado no LUS em trabalhos anteriores. Buscou-se reduzir o tempo de aplicação do campo elétrico através do ensaio de temperaturas diferentes do óleo mineral que banha o disco cerâmico e verificando em quais ensaios foi obtida uma boa apodização. Foram utilizadas cerâmicas piezoelétricas PZT-5A de 12,7mm de diâmetro, com 0,885mm (EDO Acoustics) e lmm (APCI) de espessura. O campo elétrico aplicado foi de 2kV/mm de espessura de cerâmica, e um eletrodo esférico de 5mm de raio foi usado para formatar o campo elétrico de apodização. Foram utilizados dois tipos de óleo mineral: o Nujol, que acima de 160°C evapora rapidamente e o óleo da CooperPower, que permitiu utilizar temperaturas até 250°C, com pouca evaporação. Os discos cerâmicos apodizados para os quais o coeficiente eletromecânico do modo espessura, kt, resultou em valores acima de 0,37, foram considerados bem apodizados. O óleo isolante foi aquecido a temperaturas diferentes entre 120°C e 250°C e o campo elétrico foi aplicado por períodos de 2 minutos até 4 horas e 30 minutos (tempo necessário para a temperatura do óleo resfriar até 25°C). Este estudo também incluiu a avaliação do efeito de sucessivas despolarizações e repolarlzações nos modos de vibração da cerâmica piezoelétrica. Os resultados confirmaram que, usando temperaturas mais altas (acima de 200°C), o campo elétrico precisa ser aplicado durante um período menor. Apodizações que utilizaram temperatura igual a 160°C, só mostraram acoplamentos bons quando o campo permaneceu aplicado enquanto o óleo resfriava até 25°C. Apodizações em que o óleo foi aquecido a temperaturas inferiores a 160°C não apresentaram bons resultados, independentemente do tempo de aplicação do campo elétrico. Os resultados também mostraram que o efeito de aplicar o campo elétrico ainda antes do óleo ser aquecido foi um aumento do acoplamento eletromecânico obtido, comparando com o resultado de um processo de apodização semelhante, mas em que o campo elétrico só foi aplicado depois do aquecimento do óleo. O mesmo efeito não foi observado com as apodizações em que utilizou-se a temperatura mais alta possível, 250°C, usando o óleo mineral da Copper Power. Concluiu-se que, usando a temperatura igual a 250°C, foi possível reduzir o tempo de aplicação do campo elétrico de apodização, com resultados satisfatórios, de mais de 4 horas para apenas 2 minutos. No entanto, o processo que utiliza uma dada relação tempo de aplicação do campo/temperatura do óleo, e que apodiza satisfatoriamente uma cerâmica com lmm de espessura, pode resultar na polarização convencional (linear) de uma cerâmica mais fina, como a cerâmica com espessura igual a O,885mm. Algumas das cerâmicas apodizadas foram usadas para construir transdutores de ultra-som. Os campos acústicos gerados pelos transdutores construidos foram mapeados, confirmando o aumento da profundidade do campo acústico, como conseqüência da redução da difração acústica, obtida a partir da apodização da polarização das cerâmicas piezoelétricas Abstract: The objective of this work was to optimize the process of apodization of piezoelectric ceramics disks, looking for the better relation between the insulating oil bath temperature and the smaIlest period of time through which the poling field must be applied. The apodization of the piezoelectric ceramic is performed to reduce the diffraction in the acoustic field generated by ultrasonic transducers. We looked for the best initial temperature of the insulating mineral oil that surrounds the piezoelectric ceramic, and how long the poling electric field must be applied to the ceramic to achieve a good apodization. We used 12.7mm diameter, 0.885mm and lmm thickness PZT-5A ceramic disks. The non-uniform poling electric field (2kV/mm) has been shaped by a 5mm radius spherica1 electrode. The apodized ceramic disks which showed piezoelectric coupling coefficient values larger than 0.37, were considered well apodizated. We used oil temperatures from 120°C to above 200°C and the electric field was applied for periods of at least 2 minutes to up to 4 hours and third minutes (until the oil temperature cooled down to 25°C). This study a1so inc1uded the ceramic disk evaluation after successive depolarizations and repolarizations. The results showed that using higher temperatures (above 200°C) we needed to apply the poling field for a shorter time. Temperature equa1160°C was efficient on1y ifthe poling field was applied until the oil was cooled down to 25°C (4 hours and thirty minutes). The results also showed that if the poling electric field was applied to the piezoelectric ceramic even before the oil was heated, we obtained larger piezoelectric coupling coefficients, compared to the poling processes where the electric field was applied to the ceramic on1y afier the oil was heated. This was not necessary if we used higher temperatures (250°C). We concluded that using higher temperatures (250°C) it was possible to reduce the apodization process, with good results, from more than 4 hours to on1y 2 minutes. Ultrasound transducers were built; their acoustic fields were mapped in a water tank, and the results confirmed the increasing of the depth of the acoustic field, as consequence of the acoustic difraction reduction Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Objetivo: verificar o efeito da adição da Estimulação Elétrica Neuromuscular (NMES) ao treinamento do padrão de Facilitação Neuromuscular Proprioceptiva (FNP) em membro superior de pacientes hemiparéticos pós-AVC. Metodologia: foram selecionados 10 pacientes, divididos igualmente em dois grupos. Ambos receberam o treinamento com os padrões de FNP, entretanto o grupo 2 recebeu a adição da NMES. As avaliações dos membros superiores foram realizadas pré-tratamento (iniciais), pós-tratamento (finais) e após 7 a 8 semanas do término das sessões de tratamento (tardias). Para a avaliação utilizou-se a Escala de Fugl-Meyer, o índice de Barthel Modificado (IBM) e Escala de Ashworth. Resultados: Análises não-paramétricas revelaram aumentos estatisticamente significativos na pontuação motora total do MS em todos os estágios da avaliação de Fugl-Meyer para o grupo 1. O grupo 2 somente mostrou aumento estatisticamente significativo para o estágio I x F (p-valor=O,O30), sendo para os demais estágios o p-valor>O,O5. Na escala de Ashworth encontrou-se diferença significativa somente entre a comparação dedo I dedo F do grupo 1 (p-valor=O,O30). No grupo 1, encontraram-se diferenças significativas (pvalor=O,O30) na goniometria ativa e passiva da flexão de ombro e de cotovelo I x F e I x T, e também houve diferença significativa na flexão de punho passiva F x T e extensão de punho passiva I x T. Não houve diferença estatisticamente significativa no IBM para ambos os grupos. Conclusões: analisando-se isoladamente cada grupo, o protocolo utilizado para o grupo de FNP foi suficiente para aumentar a pontuação motora do MS na Escala de Fugl-Meyer, apresentando retenção do tratamento. Entretanto a adição da NMES não foi suficiente para garantir a retenção do tratamento e alterar o IBM e Escala de Ashworth Abstract: Objectives: The aim of this study was to evaluate the efficacy of Neuromuscular Electrical stimulation (NMES) added to Proprioceptive Neuromuscular Facilitation (PNF) patterns in upper limbs of hemiparetic patients after stroke. Methods: Ten hemiparetic subjects were divided into two groups, both receiving PNF patterns. Group 2 received, in addition, NMES. Upper limb was evaluated pre-treatment (initial - I), post-treatment (final - F) and after 7 or 8 weeks after the end of the sessions (Iate - L). Motor function was assessed with the upper extremity motor subscore of the Fugl-Meyer Assessment (FMA), the Modified Barthel lndex (MBI), and Ashworth Scale for muscular tonus. Results: Non-parametric analyses revealed statistically significant gains in Fugl-Meyer Scores between I x F, I x L and F x L (p=O,O30) in group 1. Group 2 only showed statistically significant gains for I x F, for the other combinations p>O,O5. Ashworth Score presented significant differences only for fingers I x F in group 1 (p=O,OO3). For group 1, there were significant differences (p=O,OO3) in active and passive goniometry for shoulder flexion I x F and I x L, elbow flexion I x F and Initial x L, and there were also significant differences in passive wrist flexion F x L and passive wrist extension I x L. There were not statistically significant differences in MBI for both groups. Conclusion: The methodology was able to increase the motor score of upper extremity by Fugl-Meyer Score and increasing amplitude of the passive and active movement. Meanwhile, the addition of FES was not enough to change with statistical significance the data of the Fugl-Meyer Assessment, MBI and Ashworth Scale Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Para observar o efeito no campo acústico dos diversos parâmetros de configuração do projeto de um transdutor ultrassônico, foram simuladas várias configurações de transdutor de alta frequência (5 a 50 MHz), tipo array anular, com kerf e kerfless, de cerâmica PZT-5H e de filme de PVDF. Transdutores com configurações de três, quatro, cinco e seis anéis, em que os anéis possuíam a mesma largura foram simulados com elemento ativo de cerâmica. E transdutores com cinco, seis, sete, oito e dez anéis de mesma área, com separação física entre os elementos (kerf) e sem separação física entre os elementos (kerfless) foram simulados com elementos piezoelétricos de cerâmica PZT-5H e filme de PVDF. Também foram testados materiais de diferentes impedâncias acústicas nas camadas de retaguarda (epóxi, epóxi e Araldite, ferro, tungstênio, alumina e madeira), foram usadas diversas funções de excitação dos elementos piezoelétricos (Blackman, Wavelet, Gauss, Seno, Step) em frequências variadas, além de se acionar os diversos elementos anelares isoladamente, em grupos e com atraso temporal. O objetivo das simulações realizadas foi determinar a melhor configuração de um transdutor array anular, quanto ao número de anéis, espaçamento entre eles e necessidade ou não de separação física entre os elementos, levando-se em conta a complexidade de construção e as características do campo acústico gerado. Para isso, os parâmetros observados no campo acústico foram à amplitude do pico, a amplitude média de pressão, a profundidade do campo, a colimação do feixe principal e a presença de lóbulos laterais. Outros parâmetros observados foram à tensão e a carga nos elementos. Os resultados obtidos nas simulações dos transdutores arrays circulares, feitas com o programa PZFlex®, foram processados no Matlab® para visualização do campo acústico e extração de parâmetros. As funções de transferência do sinal de excitação e da resposta à estimulação foram calculadas com os dados obtidos. O transdutor kerfless foi simulado no PZFlex® e seus resultados processados no Matlab®, para comparar com os resultados do transdutor com kerf de mesma configuração. Os resultados das simulações mostraram que o campo acústico neste tipo de transdutor, array anular, tem a região de campo distante começando bem próximo à face do transdutor. A camada de retaguarda de epóxi e Araldite® apresentaram valores mais elevados de amplitude do campo acústico. A função de excitação foi Wavelet na frequência de 30 MHz devido às restrições da relação diâmetro / espessura da cerâmica PZT-5H. O transdutor kerfless apresentou um campo acústico com as mesmas características do transdutor com kerf, com a vantagem de sua construção ser mais simples Abstract: In order to observe the effect of ultrasound transducers parameters configurations in an acoustic field, simulations were made in some different configuration of an annular array ultrasound transducer in high frequency (5 to 50 MHz), kerf and kerfless, with active element of PZT - 5H ceramic or PVDF. The transducers configurations simulated were three, four, five and six annulus, with the same width, and the active element was PZT-5H. And transducers with five, six, seven, eight and ten annulus, with the same area, with and without physical separation between the elements had been simulated with active element of PZT-5H ceramics or PVDF. The materials of backing layer (epoxy, epoxy and Araldite, iron, tungsten, alumina and wood dust) with different impedance were also be tested, and a variety of excited functions (Blackman, Wavelet, Gauss, Sine, Step), in different frequencies, and also with time delay in active elements. The objective of this simulation was to find out the better configuration of an annular array ultrasound transducer in high frequency, the number of annulus, spacing between them, the area, the transducer is kerf or kerfless, considering the build complexity and the characteristics of acoustic field. To do this, the peak amplitude, the depth and the average amplitude of the acoustic field was measured. The charge and the voltage in the elements were also observed. The results obtained in simulations in PZFlex® software were run in Matlab® to visualize the acoustic field and to extract parameter. The ultrasound kerfless transducer was simulated in PZFlex® and the data obtained runs in Matlab®, the results were compared with the results of a transducer with kerf in the same configuration. The simulation results showed that the acoustic field of this kind of transducer has Fraunhofer zone began near the transducer's face. The backing layer with epoxy and Araldite® showed high amplitude of acoustic field. The frequency 30 MHz was choice due to diameter/thickness relations. The excitation function was wavelet, as this present high values response in acoustic field. Kerfless transducer showed acoustic field characteristics the same as the kerf transducers, with the advantage of a simple construction Doutorado Engenharia Biomédica Doutora em Engenharia Elétrica

Orientador: Saide Jorge Calil Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Um detalhado levantamento de programas de computador aplicados ao ensino foi realizado tendo como objetivo conhecer os recursos disponíveis no mercado. Paralelamente, foi feita uma pesquisa bibliográfica buscando as necessidades da comunidade acadêmica em termos de recursos computacionais. Foi constatado, então, que apesar de serem consideradas importantes, havia poucas alternativas para a realização de aulas virtuais que demandassem pequeno esforço operacional e recursos simples de infra-estrutura para utilização. O objetivo do trabalho foi definido então, como sendo desenvolver e avaliar um sistema que viabiliza a realização de aulas virtuais de dois tipos, as on-line e as off-line, exigindo pouca experiência de informática dos usuários, e adequado aos recursos mais comumente disponíveis nas universidades. Alguns requisitos básicos de funcionalidade foram definidos, visando dotar o sistema com máxima facilidade de operação, como por exemplo, interface padrão, ou seja, aparência idêntica em todas as operações, ajuda disponível em todos os níveis e permitir aproveitamento de shows de slides e textos já existentes. Foram elaboradas duas plataformas de trabalho, uma para o professor, que permite criar, alterar e realizar uma aula, e outra plataforma para o aluno, que permite assistir à aula. A avaliação do sistema foi realizada através da execução de dois Planos de Testes, que utilizaram instrumentos padronizados como os Critérios de Avaliação de Qualidade de Software, aos quais foram atribuídas notas, e os Questionários de Avaliação do sistema, que foram preenchidos pelos professores e pelos alunos envolvidos. As aulas off-line obtiveram notas máximas em todos os quesitos, e as aulas on-line obtiveram médias acima de 1,78 (numa escala de 0 a 2). Todos os professores responderam que gostaram de realizar as aulas utilizando o sistema; 75% disseram que gostariam de empregá-lo em seu trabalho e 25% disseram que talvez pudessem utilizá-lo. Dentre os alunos, somente 2,33% responderam que não gostaram da aula virtual, e 4,65% informaram que não gostariam de ter mais aulas realizadas com o sistema no seu curso. Foi desenvolvida uma Discussão sobre os motivos que resultaram no pior desempenho das aulas on-line, e a principal causa detectada foi a dificuldade de realização deste tipo de evento utilizando a Internet comercial, que apresenta problemas de grande volume de tráfego de dados. Dentre as conclusões apresentadas, destaca-se que o VirtuAula é uma interessante alternativa para instituições de ensino público brasileiras, pois sua aplicação é original, não se encontrando similares nacionais com todas as funcionalidades reunidas, e por ter baixo custo operacional, não apresentando ônus nem risco de contravenção, por haver a possibilidade de cessão gratuita de uso Abstract: A detailed search for digital programs applied to teaching processes was performed to identify the available resources on the world market. It was also carried out a survey on public and private libraries looking for the requirements of the academic community regarding computational resources to such purpose. It was found that although considered important, there were few alternatives for the development of virtual classes that demands little operational effort as well as a simplified infrastructure for its use. The goal of this work is to develop and assess a system - VirtuAula - to assemble and present on-line and off-line virtual classes, requiring low experience on informatics for its users as well as being adequate to common resources available in universities. The basic functional requirements defined for developing the VirtuAula were a standard interface, which means identical browse for all operations, a user-friendly help desk and the possibility to use already prepared slide shows and texts. Two work platforms were elaborated, one for teachers, which allow them to create, change and carry out the virtual class, and a second platform for students to attend this virtual class. For the system assessment two tests plans were used; standard tools as the Evaluation Criteria of the Software Quality (grading method), and questionnaires that were filled by the involved teachers and students. The off-line classes reached the maximum grading score in all the evaluation topics, while on-line classes reached an average score over 1,78 (in a 0-2 scale). All the involved teachers answered that they would like to carry out virtual classes using this system; 75% declared that they would like to use it for their work, and 25% declared that they could use it. Among the students, only 2,33% dislike the virtual classes using the VirtuAula while 4,65% informed that they would not like to have such kind of classes in their courses. Looking for the reas ons for the lower performance of on-line classes in this survey, the major cause was the difficulty to carry out such event on the present commercial Internet system due to its low performance during very heavy data transfer. Among the conclusions presented here, it can be depicted that the system is an interesting alternative tool for public schools in Brazil due to its originality (no similar software), low cost and user free possibility Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de phantoms que permitam o Controle de Qualidade do modo Doppler de funcionamento de equipamentos de ultra-sonografia com tecnologia nacional e preço acessível. O dispositivo é basicamente um circuito hidráulico contendo uma bomba peristáltica, mistura simulando tecido humano, tubos simulando vasos e fluido mimetizador de sangue. Uma bomba peristáltica digital possibilitou a simulação de batimentos cardíacos, com fluxo pulsátil operando com fluxos de 45 até 150 ml/min e pulso que variam de 60 a 200 batimentos por minuto. O fluido mimetizador de sangue simulou as hemácias através de partículas de pó de PVC com diâmetro de aproximadamente 64µm, água destilada, glicerina, detergente e adoçante. Dois tubos simularam artérias com 3 mm de diâmetro interno e 1,5 mm de parede e outro de 4 mm de diâmetro e 1,5 mm de parede. Para a montagem do dispositivo do tecido mimetizador utilizou-se uma mistura contendo pó de grafite, microesferas de vidro de diâmetro entre 45-90 µm e parafina de densidade de 0,834 g/ml para a qual se obteve a velocidade de propagação da onda de 1450 m/s. Para outro tipo de tecido utilizou-se uma mistura contendo ágar, água destilada, glicerina e pó de grafite para a qual a velocidade da onda foi de 1560 m/s. Os testes foram obtidos com imagem ultra-sônica realizada com equipamento no Modo Doppler com transdutor linear operando em 8 MHz, mostrando sua utilidade para testes de controle de qualidade de equipamentos de imagem médica por ultra-som. Abstract: In this work it is proposed the development of phantoms to allow de quality control of ultrasounds equipments functioning on the Doppler mode with national technology and accessible cost. The device consists of a hydraulic circuit with a peristaltic pump, mixture simulating human tissue, tubes simulating arteries and blood-mimicking fluid. The peristaltic digital pump made it possible the simulation of cardiac beats, operating with flow rates of 45 to 150 ml/min and pulse rates of 60 to 200 beats/min. The blood-mimicking fluid simulated the human red cells as particles of PVC powder with approximately 64 µm diameter, distilled water, glycerin, detergent and dextran. The tubes simulated arteries, one with 3 mm of internal diameter and 1.5 mm of wall thickness and another with 4 mm of diameter and 1.5 mm thickness wall. For the device assembly of the mimicking tissue a mixture was used containing graphite powder, 45-90 µm diameter glass micro spheres and paraffin with 0.834 g/ml of density for which it was obtained 1450 m/s for the speed wave propagation. Another mixture for mimicking tissue it was used agar, distilled water, glycerin and graphite powder for which it was obtained 1560 m/s for the speed wave propagation. The tests were carried out with an ultrasonic image equipment using a linear transducer operating at 8 MHz and have shown that it can be used for quality control tests of ultrasound imaging equipment. Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Hoje boa parte dos equipamentos eletromedicos (EEM) possui algum tipo de controle realizado por software; esse controle pode ser restrito a um ou mais subsistemas do equipamento, ou ainda ser total. A partir do momento em que o software representa papel fundamental no controle de EEM ele deixa de ser um risco intrinseco do equipamento e deve ser analisado com o mesmo rigor e criterio da analise do hardware do equipamento. A analise rigorosa dos equipamentos e concentrada no funcionamento do hardware em si e nao esta associada aos sistemas de controle, que sao feitos por softwares de controle. Uma quantidade significativa de software critico e desenvolvida por pequenas empresas, principalmente na industria de dispositivos medicos. Esse trabalho teve como objetivo primario apresentar uma proposta de metodologia para organizar o processo de teste do software de controle dos EEM, bem como definir toda a documentacao necessaria para a gerencia desse processo de teste tomando como base a norma IEEE 829:2008. Essa metodologia, que prioriza a realizacao de testes sistematicos, podera ser empregada para a verificacao e validacao dos softwares de controle de qualquer tipo de EEM, e esta dividida em duas partes fundamentais: Processo de Teste e Geracao de Documentos. Essa metodologia foi aplicada em um monitor cardiaco hospitalar comercial a fim de valida-lo e, como isso, pode garantir que o equipamento atendeu os requisitos do fabricante e principalmente da norma ao qual ele esta sujeito, e dessa forma considerou o equipamento seguro para uso clinico do ponto de vista da seguranca do software. A obtencao de todo o conteudo necessario para o processo de teste foi feita atraves do manual de utilizacao do EEM, das especificacoes tecnicas apontadas pelo fabricante e das especificacoes definidas na norma especifica do EEM que estao sujeitos a certificacao compulsoria prevista na Resolucao no. 32 da ANVISA. Como resultado dessa pesquisa foi gerado um conjunto de documentos, baseados na IEEE 829:2008, que foram utilizados desde o planejamento dos testes ate o registro dos resultados. Esses documentos sao: 1) Plano de Teste, que e uma modelagem detalhada do fluxo de trabalho durante o processo de teste; 2) Especificacao do Projeto de Teste, que refina a abordagem apresentada no Plano de Teste e identifica as funcionalidades e caracteristicas que foram testadas pelo projeto e por seus testes associados; 3) Especificacao dos Casos de Teste, que definiu os casos de teste, incluindo dados de entrada, resultados esperados, acoes e condicoes gerais para a execucao do teste; 4)Especificacao do Procedimento de Teste, que especificou os passos para executar um conjunto de casos de teste; 5) Diario de Teste, apresentou os registros cronologicos dos detalhes relevantes relacionados a execucao dos testes; 6) Relatorio de Incidente de Teste, documentou os eventos que ocorreram durante a atividade de teste e que precisaram de uma analise posterior; e 7) Relatorio resumo de Teste, apresentou, de forma resumida, os resultados das atividades de teste associadas com uma ou mais especificacoes de projeto de teste e realizou as avaliacoes baseadas nesses resultados. Dessa forma, como objetivos secundarios, foram apresentados os processos e os agentes envolvidos na certificacao de EEM no Brasil e no mundo. Na literatura foram encontrados diversos problemas com os EEM devidos, principalmente, a erros encontrados em seu software de controle. A partir dessas observacoes foram apresentados os reguladores de EEM no Brasil e como e feito o processo de certificacao, comercializacao e vigilancia pos-venda destes produtos. Para apontar os problemas que sao encontrados e documentados referentes aos EEM foi apresentado o conceito de recall e tambem como esse processo ocorre no Brasil e no mundo. A partir desta problematica foram apresentadas as normas aplicadas ao desenvolvimento de software englobando desde o processo de qualidade ate o processo final de teste onde o software de fato sera validado a fim de garantir que novos problemas relacionados aos equipamentos nao voltem a ocorrer. Como resultado primario deste trabalho teve-se a geracao dos documentos que serviram como base para o processo de teste, desde seu planejamento ate a execucao e o registro das atividades de teste. Essa documentacao consistiu em um modelo macro que podera ser aplicado em qualquer EEM. A partir da documentacao proposta pode-se realizar sua aplicacao em um monitor cardiaco hospitalar para sua verificacao (estudo de caso). Os testes funcionais aplicados aos sistemas embarcados do monitor cardiaco puderam ser considerados eficazes em diversas condicoes de uso simuladas, normais e tambem criticas ou que poderiam apresentar algum risco aos usuarios dos equipamentos. Esse estudo resultou em uma importante contribuicao para a organizacao do processo de verificacao e validacao de software de controle de EEM. A aplicacao desta proposta no monitor cardiaco sob teste pode realizar sua verificacao e validacao do ponto de vista de qualidade do software de controle, uma vez que nao apresentou defeitos, apenas um tipo uma falha considerada leve o que qualifica tal monitor cardiaco como apto para utilizacao segura Abstract: Today a great part of electromedical equipments (EME) have some kind of control performed by software. This control can be restrict to one or more subsystems of the equipment or yet be total. Since software became a key factor in the EME control it represents an intrinsic risk and must be analyzed with the same accuracy and criterion of the equipment's hardware analysis. The rigorous analysis of the equipments is concentrated in the functioning of the hardware itself and is not associated to the software control systems. A significant amount of critical software is developed by small enterprises mainly in the EME industry. This study had as main goal to present a methodology proposal to organize the process of EME control software test as well as to define all necessary documentation for the management of this test process using the standard IEEE 829:2008. As a secondary goal of this work, the processes and agents involved in the EME certification in Brazil and in the world were reported. Several EME malfunctioning problems especially due to mistakes found in their control software were found in literature. Brazilian EME regulators and how the process of certification, commercialization and post-market surveillance of the medical products are done, were also reported. To point the problems found and documented regarding EME, the concept of recall was presented and also how this process occurs in Brazil and in the world. The proposed methodology, which prioritizes the achievement of systematic tests, can be used for verification and validation of any kind of EME control software and was divided in two fundamental parts: test process and generation of documents. The methodology was applied to a commercial hospital heart monitor in order to validate it and therefore to guarantee that the equipment has complied with the manufacture's requirements and with the standard it is subjected to. This way the equipment can be considered safe for clinical use from the software's security point of view. Some characteristics data and technical specifications, necessary for the test process, were obtained through the EME user manual and pointed by the manufacturer and EME standard specification, which are subject to compulsory certification provided by the ANVISA Brazilian resolution number 32. As a result of this research a set of documents was produced, based on the IEEE 829:2008 standard and were used from the test planning until the results record. Those documents are: 1) Test plan - detailed modeling of workflow during the test process. 2) Specification of test project - refines the approach presented in the test plan and identifies the functionalities and characteristics tested by project and associated tests. 3) Specification of test cases - specified steps to execute a set of test cases. 5) Test board - presented the chronological records of relevant details related to test execution. 6) Test incident report - documents the events occurred during the test activity that needed later analysis and 7) Test summary report - resumes briefly the results of test activities associated to one or more test project specifications and performed evaluations based on these results. As a primary result of this work there was the production of documents that were the basis for the testing process, from planning to execution and recording of test activities. This documentation consisted of a macro model that can be applied to any EME and it was used to test a hospital heart monitor. The functional tests applied to the heart monitor embedded systems were considered effective in various simulated situations, normal and critical or that could represent a risk to users of the equipment. This study resulted in an important contribution to the organization of the process of verification and validation of EME control software. The implementation of the proposed methodology on the heart monitor test was able to perform verification and validation from the point of view of control software and it was considered safe to be used since only a light kind of failure was observed Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica e de Computação

Orientador: Sérgio Santos Muhlen Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Estabelecer os efeitos biológicos e níveis seguros de exposição à radiação ionizante é um objetivo a ser alcançado até os dias de hoje. Mamografia é um exame importante na detecção precoce de tumores na mama, mas desde que os genes BRCA1 e BRCA2 foram identificados como a causa principal de câncer de mama hereditário, existe uma preocupação crescente em relação à exposição às radiações ionizantes de pacientes portadoras de mutações nestes genes. A exposição poderia induzir um aumento nas mutações nos genes BRCA e outros supressores e promover o desenvolvimento do tumor nestas pacientes. Neste trabalho é proposto um estudo experimental in vitro inicial com o objetivo de determinar o nível de radiação que desencadeia mutações detectáveis nos genes BRCA, e quantificar um nível mais seguro de radiação nas mamografias de pacientes portadoras de mutações em alelo desses genes. Células de mama provenientes de uma paciente foram cultivadas e irradiadas com diferentes doses de raios X, gerados por um mamógrafo comercial. Os resultados mostram que radiações ionizantes promovem alterações mensuráveis nas células de mama cultivadas Abstract: Establishing the biological effects and the safe level of exposure to ionizing radiation remains, so far, an objective to be reached. Mammography is an important exam in the early detection of breast tumors, but since the genes BRCA1 and BRCA2 were identified as a main cause of hereditary breast cancer, there is growing concern of exposing patients carrying those mutations to ionizing radiation. It could increase mutations in these genes and other suppressors, and promote the development of tumor in those patients. In this study we propose an in vitro initial experiment aiming to determine the radiation trigger level for detectable mutations in genes BRCA, and thus a safer level of radiation due to mammography for patients carrying a mutated allele of the genes BRCA1 or BRCA2. Breast cells from one patient were cultivated and irradiated with different doses of X-rays generated by commercial mammography equipment. The results have shown that exposition to ionizing radiation promotes measurable alterations in breast cell grown Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button, Marcio Aparecido Müller Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Devido ao crescimento do uso de radiação ionizante em aplicações médicas, nas últimas décadas, os códigos para simulações de radiação interagindo com a matéria, baseados no Método de Monte Carlo, têm sido constantemente adaptados para aplicações em física médica. O método de Monte Carlo é um método estatístico de simulação numérica de problemas utilizando essencialmente uma sequência de números aleatórios. Atualmente, o método pode ser aplicado em simulações físicas, matemáticas e biológicas; o comportamento dos sistemas é descrito por amostragens aleatórias de funções de densidade de probabilidade e os acúmulos dos valores observados das amostragens produzem o resultado final da simulação. No caso de transporte de radiação, o valor esperado de grandezas de interesse, como, por exemplo, energia depositada ou dose em determinado meio ou volume de interesse simulado, pode ser estimado. Na maior parte das aplicações do método, o processo físico é simulado diretamente, necessitando somente da descrição matemática do processo físico, ou seja, da função densidade de probabilidade. Dentre os códigos mais utilizados para transporte de radiação, destacam-se: o EGS (Electron Gamma Shower); MCNP (Monte Carlo Neutron Photon Transport Code); ITS (Integrated Tiger Serie); PENELOPE (Penetration and Energy Loss of Positrons and Electrons) e o GEANT4 (Geometry and Tracking) disponibilizado pelo CERN (European Organization for Nuclear Research). O GEANT4 é um conjunto de ferramentas computacionais (toolkit) que utiliza programação orientada a objeto em C++, criado através de um projeto internacional e inicialmente utilizado para aplicações em física de altas energias; porém, atualmente é utilizado em áreas que compreendem desde astrofísica até física médica, com energias de 250 eV até 100 TeV. No toolkit do GEANT4 têm sido incorporados diversos processos físicos e partículas que permitem seu uso em física médica. Este código apresenta diversas vantagens em relação aos outros códigos, como, por exemplo, lidar com todos os tipos de partículas, geometrias complexas e estar em C++. Com o uso crescente dos códigos de Monte Carlo e das diversas aplicações do GEANT4 em física médica, publicadas recentemente, este código se apresentou como uma ferramenta promissora para aplicações na área de radioterapia, na qual vêm sendo utilizados diversos tipos de simulações. Considerando as vantagens deste código e suas aplicações em física médica, nesta dissertação de mestrado, foram desenvolvidas diversas simulações para verificar a aplicabilidade e validar o GEANT4 para aplicações em radioterapia. Por exemplo, foi estudada a dependência da energia depositada com parâmetros não-físicos do algoritmo de transporte de elétrons; o transporte de elétrons para energias de 1 a 20 MeV, que no G4 e em diversos outros códigos, apresentou problemas de grande relevância; e a influência do número de eventos nos resultados simulados. Também, foi avaliada a aplicação do G4 no transporte de radiação, através de simulações de elétrons e fótons emitidos por equipamentos e fontes usados em radioterapia, como acelerador linear e fontes de Co-60 e Ir-192, e através de cálculos de algumas grandezas, como dose, alcance e Stopping Power de elétrons monoenergéticos transportados em água. Os resultados em todas as simulações desenvolvidas apresentaram uma exatidão dentro de 2%, indicando que o GEANT4 pode ser utilizado, em simulações de fótons e elétrons, para aplicações em radioterapia Abstract: Due to the increasing use of ionizing radiation in medical applications, in recent decades, the simulation codes for radiation interacting with matter, based on Monte Carlo Method, have been constantly adapted to applications in medical physics. TheMonte Carlo method is a statisticalmethod of numerical simulation of problems using essentially a sequence of random numbers. Currently, the method can be applied in physical, mathematical and biological simulations, the behavior of systems is described by random sampling of probability density functions and accumulation of the observed values of the samples producing the final result of the simulation. In the case of radiation transport, the expected value of quantities of interest such as, for example, dose or energy deposited in a medium or interest volume simulated, can be estimated. In most applications of the method, the physical process is simulated directly, requiring only the mathematical description of the physical process, ie the probability density function. Among the most commonly used codes for radiation transport are: the EGS (Electron Gamma Shower), MCNP (Monte Carlo Neutron Photon Transport Code), ITS (Integrated Tiger Series), PENELOPE (Penetration and Energy Loss of Electrons and Positrons) and Geant4 (Geometry and Tracking) released by CERN (European Organization for Nuclear Research). The GEANT4 is a set of computational tools (toolkit) that uses object-oriented programming in C++, created through an international project and initially used for applications in high energy physics, but is now used in areas that include from astrophysics to medical physics, with energies of 250 eV to 100 TeV. In the GEANT4 toolkit have been incorporated several physical processes and particles that allow its use in medical physics. This code has several advantages over other codes, for example, dealing with all types of particles and complex geometries and to be in C++. With the increasing use of Monte Carlo codes and the various applications of GEANT4 in medical physics, published recently, this code is presented as a promising tool for applications in radiotherapy, which have been used in various types of simulations. Considering the advantages of this code and its applications in medical physics in this dissertation, it was developed various simulations to verify the GEANT4 applicability and validation for radiotherapy applications. For example, it was study various aspects of implementation of the code, for example, the dependence of the energy deposited with non-physical parameters of the electrons transport algorithm, the transport of electrons to energies 1 to 20 MeV, in which GEANT4 and various other codes, presented problems of great relevance, and the influence of number of events in the simulated results. Also, it was evaluated the application of G4 in the transport of radiation through simulations of photons and electrons emitted by equipment and sources used in radiotherapy, as linear accelerator and sources of Co-60 and Ir-192, and by calculation of some quantities such as dose range and Stopping Power of monoenergetic electrons transported in water. The results in all simulations developed present a accuracy within 2%, indicating that Geant4 can be used, in simulations of photons and electrons, for applications in radiotherapy Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta um novo sistema de sensoriamento de oxigênio gasoso baseado na fosforimetria resolvida no tempo. A instrumentação é concebida a partir de um LED violeta (baixa potência) e de um módulo fotomultiplicador de elevada sensibilidade. Esse instrumento tem como objetivo a caracterização de novos transdutores ópticos de O2 com elevado grau de supressão dinâmica e extensa área útil, especificamente metaloporfirinas de paládio e irídio imobilizadas em filmes poliméricos (espessura ≈ 8 µm) de moderada permeabilidade. Os elementos sensores primários basearam-se na incorporação das meso-tetrakis(pentafluorofenil)porfirinas paládio(II) e irídio(III) (PdTFPP e Ir(TFPP)Cl(CO), respectivamente) em poliestireno (PS) e policarbonato (PC). Também foram adicionadas às fases sensoras de PdTFPP/PS nanopartículas de TiO2 e Al2O3, além do cromóforo antena cumarina 153. Descrevem-se o desempenho do sistema de sensoriamento, a produção dos optodos, as propriedades ópticas de suas provas e seus principais parâmetros, como intensidades de emissão, tempos de vida, curvas de calibração, estabilidade e tempos de recuperação. O sistema desenvolvido possibilitou a detecção de tempos de vida com boa repetibilidade, mesmo para concentrações de O2 consideradas elevadas para tais composições (incerteza de ≈ 1% para 21% de [O2]). Para as membranas de policarbonato, os valores de / foram de 4,1 e de 26,8 (com Ir(TFPP)Cl(CO) e PdTFPP, respectivamente). Já para poliestireno, estas razões foram de 6,3 e 35,9. O tempo de vida τ0 para o complexo de irídio superou os 100 µs em ambos os polímeros, enquanto o indicador PdTFPP foi além dos 1000 µs. De modo geral, as curvas Stern–Volmer apresentaram boa linearidade (r2 > 0,9966), mas um ajuste mais adequado das razões dos tempos de vida mensuradas foi obtido a partir dos modelos de Lehrer (decaimentos monoexponenciais) e Two-site (biexponenciais). Já o uso dos aditivos ofereceu ganhos de intensidade superiores a 2x (Al2O3 e cumarina 153) e 3x (TiO2), além de reduzir a fotodecomposição dos transdutores em cerca de 30% (exceto a cumarina). Por sua vez, os tempos de recuperação t95%↑ foram da ordem de 3 s para PS, e inferiores a 10 s para PC. Devido à tênue energia de excitação aplicada, não foi detectada a fotodegradação dos transdutores em condições normais de operação, corroborando com a viabilidade de uso do sistema em aplicações cujo monitoramento seja contínuo (e.g., respiração humana). Em síntese, a fosforimetria de pulso aliada a um fotodetector de elevada sensibilidade apresentou potenciais vantagens: (i) maior faixa dinâmica, (ii) resolução estendida (Δτ/Δ[O2]) e (iii) elevada estabilidade operacional. Ainda, Ir(TFPP)Cl(CO) constitui uma nova e promissora alternativa à detecção de O2, oferecendo boa estabilidade e sensibilidade potencialmente intermediária sobre as metaloporfirinas de platina e paládio. This work presents a new gaseous oxygen sensing system based on time resolved phosphorimetry. The instrument is designed based on a violet LED (low power) and a high sensitivity photomultiplier module. The arrangement has the objective of characterizing new O2 optical transducers with high degree of dynamic suppression and large useful area, specifically palladium and iridium metalloporphyrins immobilized on polymeric films (8 µm thick) of moderate permeability. The primary sensor elements were based on the incorporation of palladium(II) and iridium(III) meso-tetrakis(pentafluorophenyl)porphyrins (PdTFPP and Ir(TFPP)Cl(CO), respectively) into polystyrene (PS) and polycarbonate (PC). Also, it was added to the sensor phases of PdTFPP/PS, nanoparticles of TiO2 and Al2O3, as well as the antenna chromophore coumarin 153. The performance of the sensing system and the production of the optodes are presented along with the optical properties of their probes and main parameters, such as emission intensities, lifetimes, calibration curves, stability and recovery times. The developed system has possibilited detection of lifetimes with good repeatability, even at concentrations of O2 considered high for such compositions (uncertainty of about 1% to 21% of [O2]). For the polycarbonate membranes values of / were 4.1 and 26.8, with Ir(TFPP)Cl(CO) and PdTFPP, respectively. For polystyrene, these ratios were 6.3 and 35.9. The lifetime τ0 for the iridium complex exceeded 100 µs in both polymers, while for the PdTFPP indicator it was more than 1000 µs. In general, Stern–Volmer curves showed good linearity (r2 > 0.9966), but a more adequate adjustment of the measured lifetimes ratios was obtained from the Lehrer model (monoexponential decays) and Two-site model (biexponential). The use of the additives produced intensity gains of more than 2x (Al2O3 and coumarin 153) and 3x (TiO2), as well as a photodecomposition reduction for the transducers of about 30% (except coumarin). Furthermore, recovery times t95%↑ were about 3 s for PS, and less than 10 s for PC. Due to the low excitation energy applied, the photodegradation of the transducers was not detected in normal operating conditions, corroborating the feasibility of using the system in applications with continuous monitoring (e.g., human respiration). In summary, pulse phosphorimetry combined with a high sensitivity photodetector has show potential advantages: (i) higher dynamic range, (ii) extended resolution (Δτ/Δ[O2]) and (iii) high operational stability. Furthermore, Ir(TFPP)Cl(CO) constitutes a promising new alternative to O2 detection, providing good stability and potentially intermediate sensitivity to platinum and palladium metalloporphyrins.

Orientadores: Saide Jorge Calil, Antonio Carlos Zuffo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Introdução: Agências governamentais do mundo avaliam a segurança e eficácia de equipamentos médicos a partir das normas técnicas internacionais, por recomendações de organismos intergovernamentais. Contudo, devido à rápida evolução tecnológica da área, vários tipos de equipamentos não possuem normas. Equipamentos emergentes aqueles que não possuem ainda padrão de mercado. Este trabalho propõe a construção e validação de um modelo multicriterial de auxílio na avaliação do nível da segurança e eficácia de dispositivos médicos emergentes. Metodologia: A metodologia Multicritério de Apoio à Decisão - Construtivista (MCDA-C) foi usada para construção do modelo, pressupondo este conhecimento dinâmico e em constante construção. Para validação do modelo foram usadas simulações de cenários e dados reais. Resultados: Um modelo para a avaliação quantitativa foi desenvolvido levando em consideração os macrocritérios de: controle dos riscos, desempenho físico (características técnicas), desempenho clínico (benefícios) e elementos do pós-mercado. O modelo foi submetido a análise de sensibilidade - variações nos valores dos macrocritérios de até 15% com cenários de valores fixos máximos, mínimos, neutros (de aprovação) e bons (sem dúvida satisfatórios) dos macrocritérios para verificar variações na ordenação - e simulação com dados reais para equipamentos de aférese, demonstrando a sua robustez. Originalidade/valor: A tese apresenta um modelo sistematizado de avaliação da segurança e eficácia de equipamentos médicos, que usa do conhecimento subjetivo de decisores, com resultados quantitativos e multicriteriais. Ademais, foram apresentadas formas comparativas entre diferentes tipos de agregações de critérios e adaptação da metodologia MCDA-C com uso de técnicas atualizadas Abstract: Introduction: Health agencies around the world evaluate the safety and efficacy of medical equipment based on International Standards, as recommended by intergovernmental organizations. However, due to the rapid technological change in the area, many types of equipment are not covered by the Standards. Emerging equipment are the ones with no market standard. This thesis proposes to construct and validate a multicriteria model to evaluate the safety and efficacy of emerging medical devices. Methodology: The Multi-criteria Decision Aid ¿ Constructivist (MCDA - C) methodology was used to build the model, assuming that knowledge dynamic and in constant change. To validate the model simulations of scenarios and real data was used. Results: A model for the quantitative evaluation was developed taking into account the macro criteria of: risk control, equipment performance (technical characteristics), clinical performance (benefits), and postmarked items. The model was subjected to sensitivity analysis - variations in macrocriteria values up to 15% with maximum, minimum, neutral (of approval) and good (undoubtedly satisfactory) fixed values scenarios to verify variations in ranking - and simulation with real data for apheresis equipment, demonstrating its robustness. Originality / value: The thesis presents a systematized model for evaluation of safety and efficacy of medical equipment, which uses the subjective knowledge of decision makers, with quantitative and multicriteria results. In addition, a comparative aggregations form of criteria was presented and adaptation of the MCDA-C methodology with update of some techniques employed Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica Brasil/MS 25351.217098/2014-06

Orientadores: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button, Marcelo Baptista de Freitas Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Neste estudo foi desenvolvido um dosímetro (monitor individual) para monitoração externa de indivíduos ocupacionalmente expostos à radiação (raios X e gama) que faz o uso simultâneo das técnicas de termoluminescência (TL) e luminescência opticamente estimulada (OSL - Optically Stimulated Luminescence), combinado às diferentes características dosimétricas de detectores já utilizados com a técnica TL na rotina dos Serviços de Monitoração Individual Externa (SMIEs) no Brasil (LiF:Mg,Ti ¿ TLD100, CaF2:natural, CaSO4:Dy - IPEN) e detectores utilizados com a técnica OSL, ainda pouco explorados na monitoração individual (BeO ¿ Thermalox 995) e recentemente autorizados a serem utilizados com a técnica OSL no país (Al2O3:C - Luxel). Para o desenvolvimento do monitor, diversas características intrínsecas e dosimétricas dos detectores empregando as técnicas TL e OSL em três diferentes equipamentos leitores foram avaliadas. Testes de desempenho foram aplicados ao monitor desenvolvido, conforme critérios estabelecidos no país e no exterior (CASEC e IEC, respectivamente). Os resultados obtidos demonstram que as respostas TL e OSL dos detectores dependem fortemente da configuração do leitor utilizado, da técnica empregada (TL ou OSL) e do tipo de sinal avaliado, no caso da técnica OSL (OSL total ou inicial). Assim é fundamental uma análise prévia de características intrínsecas do material, como comprimento de onda principal da emissão luminescente, tipo (inicial ou total) e magnitude (doses baixa, moderada ou alta) do sinal que será avaliado para a escolha adequada dos parâmetros do leitor (filtros, máscaras, potência, entre outros) empregando as duas técnicas. Os resultados obtidos com a técnica OSL reforçam seu uso na monitoração individual no Brasil, uma vez que estavam em acordo com a técnica TL, amplamente empregada pelos SMIEs nacionais. Além da determinação de dose individual, normalmente empregada na monitoração de trabalhadores, o dosímetro desenvolvido permite também estimar doses acumuladas ao longo do tempo, empregando a técnica OSL nos detectores de Al2O3:C ou BeO, sendo que no caso deste último, a dose única (ou individual) também pode ser determinada com a técnica TL aplicada simultaneamente no mesmo detector. Após a avaliação das respostas em energia dos detectores, um algoritmo foi desenvolvido, testado e validado para avaliar fatores de correção com respeito à energia, baseado na razão entre as respostas de um par de detectores TL e OSL. Os resultados demonstraram que as diferentes razões entre os sinais provenientes do par, permitem avaliar de forma precisa a qualidade da radiação à qual o par de detectores foi exposto. O monitor desenvolvido possui três configurações diferentes de pares de detectores, Al2O3:C/LiF:Mg,Ti, Al2O3:C/BeO e CaSO4:Dy/BeO. Ele apresenta como principais vantagens, em relação aos dosímetros já existentes em uso comercialmente, a possibilidade de poder inferir informações sobre a dose e qualidade da radiação (energia efetiva) sem a utilização de filtros e com diminuição das incertezas associadas, avaliar doses acumuladas ao longo do tempo com o mesmo dosímetro e combinar todas as características dos detectores associadas às técnicas TL e OSL, simultaneamente em um mesmo dosímetro. Os resultados dos testes de desempenho do monitor apresentaram conformidade com os critérios nacionais e internacionais estabelecidos, e contribuíram para que os critérios nacionais utilizados para a técnica TL possam ser estendidos para a técnica OSL Abstract: In this study a dosimeter (personal monitor) for external monitoring of individuals occupationally exposed to radiation (X and gamma rays) was developed using simultaneously thermoluminescent (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) techniques. Intrinsic characteristics of detectors already used with TL technique in External Individual Monitoring Services routine in Brazil (LiF:Mg,Ti ¿ TLD 100, CaF2:natural and CaSO4:Dy ¿ IPEN) were combined to detectors used with OSL technique, one less explored (BeO ¿ Thermalox 995), and other recently approved (Al2O3:C - Luxel) to be used in individual monitoring in the country (Al2O3:C - Luxel). During the monitor development, several intrinsic and dosimetric characteristics of detectors were evaluated employing TL and OSL techniques in three different reader equipments. Performance tests were applied to the developed monitor according to national and international established criteria (CASEC and IEC, respectively). The obtained results showed that the responses of TL and OSL detectors are strongly dependent on reader configuration, employed technique (TL and OSL) and, in the particular case of OSL technique, also the signal (total or initial OSL). Therefore, a previous analysis of the intrinsic characteristics of the material, as the main wavelength of the luminescent emission, the signal type (initial or total) and dose magnitude (low, moderate or high) must to be made in order to select the reader configuration (filters, power, and others) used with each technique. The results obtained with OSL technique reinforce its use in Brazil, as they were in agreement with TL technique, which is already largely used by national EIMS. In addition to the assess of individual dose, usually employed in workers monitoring, the developed dosimeter allows evaluating accumulated dose over time using OSL technique with Al2O3:C or BeO detectors, and single or individual doses can be evaluated applying TL technique simultaneously applied in the same detector. After the evaluation of the energy response of detectors, an algorithm was developed, tested and validated to assess correction factors with respect to energy, based on the ratio of the responses of a pair of TL and OSL detectors. The results confirm that the different ratios between signals from a detector pair allow to evaluate more accurately the radiation quality to that the pair of detectors were exposed. The monitor was developed with three different arrangements of pairs of detectors, Al2O3:C/LiF:Mg,Ti, Al2O3:C/BeO and CaSO4:Dy/BeO. It presents as main advantages, compared to existing commercial dosimeters in use, the possibility to infer information on the dosage and quality of radiation (effective energy) without the use of filters and reducing associated uncertainties, to assess cumulative doses over time with the same dosimeter, and to combine all features of the detectors associated with TL and OSL techniques, simultaneously, in the same dosimeter. The results of the performance tests of the developed monitor were in accordance to national and international criteria, and contributed to that the national criteria, used for TL technique, can also be extended to the OSL technique Doutorado Engenharia Biomédica Doutora em Engenharia Elétrica FAPESP 2010/16437-0 CAPES

Orientadores Vera Lúcia da Silveira Nantes Button, Percy Nohama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A lesão medular afeta a condução dos sinais motores e sensoriais na medula. Com isso, a realização de movimentos voluntários por pessoas com lesão medular é prejudicada quando não impossível. A estimulação elétrica neuromuscular (EENM) é uma técnica que pode auxiliá-los a contornar essas dificuldades, pois possibilita ativar a musculatura de um membro paralisado. Embora a EENM em malha aberta seja capaz de produzir movimentos em um membro paralisado, ele não é capaz de compensar automaticamente desvios angulares devidos a distúrbios. Fenômenos supressores de desempenho muscular como a fadiga muscular e a adaptação neuronal podem comprometer a qualidade de um movimento funcional evocado artificialmente. Por isso, sistemas de controle são incorporados a estimuladores elétricos. A mecanomiografia (MMG) pode fornecer informações sobre a condição de um músculo em contração. Este trabalho investiga a viabilidade do emprego de sinais de MMG no controle da aplicação de EENM visando a sua incorporação em estratégias de controle de membros inferiores (MMII) em lesados medulares sem treinamento. Para isso, foi desenvolvido um sistema integrado de monitoração multiparamétrica e EENM com capacidade de incorporação do sinal de MMG na estratégia de controle. Um ensaio com voluntários hígidos e contrações isométricas de membros superiores (MMSS) apontou variações em parâmetros de MMG no início e final da contração. Outro ensaio analisou o sinal de MMG e de ângulo com controle de EENM em malha e cadeia abertas para indivíduos hígidos e lesados medulares. Sinais de MMG e EENM em contrações dinâmicas de MMII foram registrados. Com o sistema integrado, aplicou-se EENM com controle de ângulo de joelho em malha fechada obtendo- se estabilidade angular do joelho de um lesado medular. Finalmente, o sistema integrado aplicou controle para estabilizar o ângulo de joelho e monitorar sinais de MMG. Os resultados de ensaios experimentais mostraram que parâmetros espectrais, como a frequência média de potência, apresentaram variações entre o início e o fim da contração quando a amplitude de EENM apresentou taxas de incremento mais elevadas. Conclui-se que existe viabilidade no emprego de MMG em estratégias de controle de EENM para MMII de lesados medulares em estabilidade angular, observando-se a taxa de incremento/decremento da saída do estimulador Abstract: Spinal cord injury affects conduction of motor and sensory signals that flow through the spinal cord. Therefore, the performance of voluntary movements by spinal cord injured (SCI) persons is impaired, if not impossible. Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a technique that aids SCI individuals to overcome these difficulties, because it allows activation of paralyzed limb muscles. Though NMES in open loop and in open chain tasks is able to generate movements in paralyzed limbs, it is not capable to automatically compensate for angle deviations due to disturbances. Suppressive phenomena of muscle performance, such as muscle fatigue and motor neuron adaptation, can compromise the quality of an artificially elicited functional moment. Thus, closed-loop control systems are merged with electrical stimulators. Mechanomyography (MMG) can provide information about a contracting muscle condition. This work proposes to investigate the feasibility of using MMG signals in the control of NMES application aiming its incorporation in lower limb control strategies of untrained spinal cord injured persons. An integrated system was built, comprising a multiparametric acquisition system and a closed-loop controlled neuromuscular electrical stimulator. The integrated system is able to incorporate MMG signals in the control strategy. A test with healthy volunteers performing upper limb isometric contractions indicated variations in MMG parameters between the beginning and end of contraction. Another test investigated MMG signals and joint angles with NMES in open loop and in open chain to healthy and SCI individuals. NMES and MMG signals during lower limb dynamic contractions were registered. Using the integrated system, NMES was applied to the control of knee angle in closed loop configuration ensuring angular stability of both knees on a single SCI volunteer. Finally, the integrated system applied closed loop control to stabilize the knee angle, and monitored MMG signals. Experimental results revealed that spectral parameters such as mean power frequency presented variations between the beginning and end of contraction when NMES amplitude showed higher amplitude increase rates. In conclusion, there is feasibility of using MMG signals in control strategies of NMES for lower limbs of SCI persons in reasonable angle stability. However, one must observe the stimulator output increase/decrease rate Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O estudo do campo acústico gerado por um transdutor ultrassônico é fundamental para sua construção e caracterização, pois permite prever qual será seu comportamento antes mesmo de ser construído e indica se ele realmente é viável para aplicação para a qual foi projetado, e se são necessárias modificações para que se comporte como o esperado. O presente estudo teve como objetivo o desenvolvimento de um software, em ambiente MATLAB®, para a simulação computacional de campos acústicos gerados por transdutores ultrassônicos de diferentes configurações, utilizando dois modelos que descrevem o campo, o de Zemanek e o de Stepanishen. Os campos de transdutores com focalização, apodização e meios com atenuação também poderão ser simulados. Para a simulação do modelo de Zemanek é utilizado o método matemático de discretização e para o de Stepanishen é empregada uma solução analítica para a resposta impulsiva de cada geometria de transdutor. As simulações foram validadas com resultados obtidos anteriormente por alunos do DEB/FEEC/UNICAMP e os programas desenvolvidos foram agregados em um pacote computacional. Estes programas têm seus códigos abertos para que futuramente sejam implementadas outras funções e configurações de transdutor. O software pode auxiliar no projeto de transdutores e também no estudo da modelagem do campo acústico pelos diferentes modelos que o descrevem Abstract: The study of the acoustic field generated by an ultrasonic transducer is fundamental to its construction and characterization, because it allows to predict how it will behave before being built and whether it is really feasible or not for the application to which it was designed, and to suggest modifications to behave as expected. The present study describes the development of a software implemented in MATLAB®, for computational simulation of acoustic fields generated by ultrasonic transducers, of different configurations, using two models that describe the field, Zemanek and Stepanishen. Transducers with focusing, apodization and attenuation environment may also be simulated. For Zemanek's model simulation is used the mathematical method of discretization and for Stepanishen's model, an analytical solution for the impulse response of each transducer geometry is employed. The simulations were validated with results obtained previously by students from DEB/FEEC/UNICAMP and the developed programs were aggregated into a computer package. These programs have their code available so that, in a near future, other functions and transducer configurations can be implemented. The software can support the transducer design and also the study of the acoustic field modeling by different models that describe it Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Rosana Almada Bassani Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: No ultrassom diagnóstico faz-se uso de ondas acústicas de baixa intensidade para investigar os tecidos biológicos, sendo uma técnica não invasiva. Ondas ultrassônicas de maior intensidade podem alterar as características do tecido, e isto é de interesse para aplicações terapêuticas, nas quais a ocorrência de efeitos biológicos é, até certo ponto, desejável. Com relação à cardiologia, o uso do ultrassom diagnóstico é bem estabelecido, enquanto há um potencial inexplorado para aplicações terapêuticas. Soma-se a isso o fato de que os tratamentos disponíveis para as arritmias com estimulação elétrica são limitados por sérias complicações, incluindo infecção sistêmica, choques desnecessários, potencial para pró-arritmia, falha em estimular e, até mesmo, morte. O ultrassom pode se mostrar uma alternativa atraente à estimulação elétrica, porém há poucos estudos sobre a possibilidade de aplicação do ultrassom para o tratamento de arritmias. O objetivo deste estudo foi desenvolver transdutores ultrassônicos de potência e usá-los para investigar conjuntos de parâmetros acústicos capazes de interferir na atividade cardíaca, sem provocar danos teciduais, buscando possíveis aplicações terapêuticas do ultrassom em cardiologia. Os parâmetros acústicos variados foram frequência de ressonância, modo de operação, frequência de repetição de pulso, e pressão de saída. Dois dos sete transdutores construídos se mostraram mais eficientes e, portanto, foram calibrados e usados nos experimentos biológicos. Em experimentos preliminares realizados em corações isolados de ratos Wistar, foi observada geração esporádica de arritmia usando-se o transdutor de 65 kHz, e aumento da frequência espontânea, acompanhada por redução da força de contração do miocárdio, usando-se o transdutor de 1MHz em exposição contínua prolongada. Em estudos in vivo, dez ratos Sprague-Dawley foram anestesiados com isoflurano e expostos a uma seqüência terapêutica de ultrassom, e outros cinco ratos foram usados como grupo controle. A estimulação ultrassônica consistiu de bursts de 1MHz, ciclo de trabalho de 1%, pico de pressão negativa de 3MPa (ISPTA=3W/cm2), e freqüência de repetição de pulso variável e decrescente. O ultrassom transtorácico exerceu efeito cronotrópico negativo, uma vez que foi capaz de reduzir a freqüência cardíaca em 19% logo ao final do período de estimulação. Os efeitos duraram, no mínimo, 15 minutos, sem aparente prejuízo hemodinâmico, que foi monitorado principalmente por meio da medição da fração de ejeção. Trata-se de um fenômeno promissor para o tratamento de taquiarritmias. O regime de exposição utilizado excluiu efeitos térmicos, de forma que o efeito observado foi provavelmente resultante de mecanismos não-térmicos, possivelmente da força da radiação. A variação na frequência de repetição de pulso parece ter sido a chave para a indução do efeito em questão, uma vez que experimentos realizados com frequências de repetição constantes não resultaram em tal efeito Abstract: Diagnostic ultrasound consists of application of low intensity acoustic waves to noninvasively investigate biological tissues. Higher ultrasound intensities may alter tissue characteristics, and this is of interest for therapeutic applications, when the occurrence of bioeffects is - to a certain extent - desirable. The use of diagnostic ultrasound in Cardiology is well established, although there is an unexplored potential for therapeutic applications. The currently available treatments of arrhythmias by electrical stimulation are limited by serious complications, including systemic infection, inappropriate shock delivery, proarrhythmia, failure to pace and to defibrillate, and even death. Ultrasound can be an interesting alternative for electrical stimulation, but there are only a few studies that investigate the possibility of applying ultrasound for treating arrhythmias. The objective of this study was to develop power ultrasonic transducers to be applied to the investigation of sets of acoustical parameters able to interfere with the cardiac activity without causing tissue damage, thus aiming at potential therapeutic applications of ultrasound in cardiology. The acoustical parameters investigated were resonance frequency, operation mode, pulse repetition frequency, and output pressure. The two most efficient out of the seven transducers built were calibrated and used in biological experiments. In preliminary experiments conducted on isolated hearts from Wistar rats, arrhythmia was esporadically observed at the onset of ultrasound application using the 65kHz transducer, whereas an increase in spontanous beating rate accompanied by a reduction in the force developed by the myocardium occurred during continuous, prolonged exposure using the 1MHz transducer. In in vivo studies, ten Sprague-Dawley rats were anesthetized with isoflurane and exposed to a sequence of therapeutic ultrasound, and other five rats were used as a control group. The ultrasonic stimulation consisted of 1-MHz bursts of 1% duty cycle, 3 MPa peak negative pressure (ISPTA=3W/cm2), and decreasingly variable pulse repetition frequencies. Transthoracic ultrasound application was able to promote a negative chronotropic effect, decreasing the heart rate by 19% just after stimulation ceased. The effect lasted at least 15 minutes, without apparent alteration of pumping function, which was monitored mainly by evaluation of the ejection fraction. This phenomenon is promising for treating tachyarrhythmias. The insonification scheme used in this study excluded thermal effects, so the observed effect seems to have resulted from nonthermal mechanisms, possibly from radiation force. The variation in the pulse repetition frequency seems to be the key element for induction of the described effect, because the latter was not observed for constant repetition rates Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Saíde Jorge Calil Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: As transições epidemiológicas e demográficas das populações condicionam o aumento da demanda dos serviços de saúde hospitalares e no futuro provocarão a crise do modelo hospitalar de saúde. Os sistemas de saúde viram no home care ou serviços de saúde domiciliar uma resposta ideal para oferecer mais serviços de saúde. Ao deslocar o atendimento de saúde desde os hospitais para as casas dos pacientes, transladam-se também dispositivos médicos e seus correspondentes riscos, os que devem ser gerenciados. As organizações de home care já vêm gerindo seus riscos, como parte do cumprimento das normas sanitárias ou seus programas de segurança e qualidade. É necessário medir quanto de gestão de risco já se tem implementado nas instituições de saúde. Esta tese tem como objetivo propor uma metodologia que mensure a implementação atual dos três elementos de gestão de risco. A metodologia proposta pondera e considera por igual à implementação de itens dos princípios, estrutura e processos de gestão de risco. Por outro lado, a metodologia compara os itens de gestão de risco pertinente com os itens implementados, considerando a especificidade e singularidade de cada organização, bem como considera os fatores objetivos e subjetivos da gestão de risco. Finalmente se propõe uma classificação das organizações de saúde, de acordo com seu nível de implementação de gestão de risco. Os resultados da aplicação desta metodologia em quatro simulações e num estudo de caso real, mostram que esta proposta pode ser aplicada em qualquer organização de saúde que precise acompanhar sua gestão de risco Abstract: The epidemiological and demographic transitions of the populations, influence the increasing demand for hospital health services and eventually will cause the crisis of the current health model.The health systems sighted in the home health care services an ideal solution to offer more health services. When moving the health care, from hospitals to the patient's houses, also moved medical devices and their associated risks, those that must be managed. Home care organizations are already managing their risks, as part of compliance of health rules or safety and quality programs. It is necessary to measure how risk management has already been implemented in healthcare institutions. This research aims propose a methodology that measures the current implementation of the three elements of risk management. The proposed methodology considers and weighs the same as for implementing the principles, structure and processes items of risk management. On the other hand, the methodologies compare the relevant risk management items with the implemented items, considering the specificity and uniqueness of each organization, and consider the objective and subjective factors of risk management. Finally it proposes a classification of health organizations, according to their risk management implementation level. The results of applying this methodology in four simulations and a real study case show that this proposal can be applied in any health organization that needs monitoring their risk management Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Sérgio Santos Muhlen Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta a construção e a aplicação de um sistema hipermídia para facilitar o ensino técnico de equipamentos médico-hospitalares, num curso técnico mantido pela industria, buscando contribuir para o processo de ensino e aprendizagem. Nesta primeira versão o sistema hipermídia esta focado em um equipamento medico (desfibrilador cardíaco). A avaliação foi realizada em duas etapas. Na primeira foi selecionado um grupo de alunos que realizaram um pré-teste para determinar seus conhecimentos prévios sobre os princípios de funcionamento do desfibrilador cardíaco, suas partes e componentes; em seguida utilizaram o sistema proposto, e finalmente um pós-teste para avaliar o ganho no aprendizado. Na segunda etapa a hipermídia foi disponibilizada para os alunos e docentes que tivessem interesse, e após algumas semanas de utilização livre responderam um questionário de opinião sobre o sistema. Os resultados mostraram que o nível de aprendizagem foi significativamente melhor entre os estudantes que utilizaram o sistema hipermídia, e as opiniões da pesquisa também foram bastante favoráveis a utilização da hipermídia como apoio ao ensino, confirmando a sua validade para o processo de ensino e aprendizagem Abstract: This study presents the construction and application of a hypermedia system aiming to facilitate technical training of medical-hospital equipment technicians, in a technician preparation course supported by an industrial institution. In this first version, the hypermedia system is focused on a single equipment (cardiac defibrillator). The system was evaluated in two steps: in the first a selected group of students, having passed a pre-test to determine their previous knowledge on the principles, parts and components of cardiac defibrillator, have used the system proposed, and then they were submitted to a post-test to evaluate the learning. In the second step the hypermedia was offered for students and teachers interested on it, and after some weeks of free use they participated on a survey with questions about the system. The results showed a learning level significantly greater among students that used the hypermedia system, and the opinions on the survey were also very favorable to the use of this tool as a teaching support, confirming its value on the teaching-learning process Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Marco Antonio Gutierrez Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A espessura íntima-média (EIM) de artérias serve como um marcador da aterosclerose e vários estudos têm mostrado uma associação positiva entre a EIM e acidente vascular cerebral, doenças do coração, pressão alta, fatores de risco para doenças coronarianas e síndrome do ovário policístico. A medida da EIM, bem como a do diâmetro de artérias, normalmente são realizadas por meio de ultrassonografia, por ser uma técnica não-invasiva. O objetivo deste trabalho é gerar automaticamente duas curvas da variação do diâmetro da artéria carótida e de sua EIM a partir de uma seqüência de imagens ecocardiográficas. Para isso, foi desenvolvido um programa, denominado EchoLab, cuja principal função é ser um repositório de algoritmos para processamento de imagens ultrassonográficas. Nesta tese são apresentados resultados de testes realizados com o uso do novo método a partir de 10 seqüências de imagens reais, 2 simuladores matemáticos e 1 simulador de fluxo sangüíneo usando tubo de silicone imerso em parafina. Os resultados foram comparados com os dados gerados pelo programa que utiliza o protocolo de 6 imagens e o método de contornos ativos para a detecção das estruturas nas imagens. A medição da EIM apresentou resultados iguais para os dois programas (teste t bilateral pareado, p>0,05). Houve discrepância de valores com relação ao diâmetro, provavelmente devido a diferentes metodologias de medição. Abstract: The intima-media thickness (IMT) of arteries serves as a marker of generalized atherosclerosis and several studies have shown a positive association between IMT and incident stroke, blood hipertension, cardiovascular diseases and polycystic ovary syndrome. Usually, the measurement of IMT and the diameter of the arteries are made using ultrasound, because it is a non-invasive technique. The main objective of this thesis is to automatically generate two complete curves of the variations in carotid artery diameter and its EIM from a sequence of echocardiographic images. For this purpose, we developed a software named Echolab, whose main function is to be a repository of processing algorithms for ultrasound images. It is shown the results of tests using the new method with 10 sequences of real images, 2 mathematical phantoms and 1 phantom using silicone tube immersed in paraffin. The results were compared with the measurements obtained with a software that makes use of the 6 images protocol and active contours to detect the structures in the images.The measurement of IMT was equal for the two software (paired t test, p>0,05). There was a discrepancy of values in respect to the diameter probably due to different measurement methodologies. Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Antonio Augusto Fasolo Quevedo, Stella Maris Michaelsen Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Introdução A tecnologia de Realidade Virtual (RV) vem sendo usada cada vez mais para criar ambientes visando à reabilitação motora. No entanto, há poucas evidências de que os movimentos realizados em ambientes virtuais (AV) se assemelhem aos realizados em ambientes físicos (AF). Objetivos: Comparar a cinemática dos movimentos de alcance e preensão realizados em um AV imersivo tridimensional (3D) e em um AF, e investigar o efeito do uso da luva de RV no desempenho do movimento. Participantes: Dez indivíduos saudáveis (62,1 ± 8,8 anos) e 12 com hemiparesia pós-AVE (66,6 ± 10.1anos). Metodologia: O AV foi apresentado em 3D via um capacete de RV, o qual forneceu visão estereoscópica. A representação virtual da mão e o feedback de força de preensão foram fornecidos pelo uso das luvas Cyberglove e Cybergrasp, respectivamente. A cinemática do tronco e membro superior (MS) foi registrada pelo sistema Optotrak Certus® (cinco corpos rígidos e sete marcadores adicionais). Os participantes eram instruídos para alcançar, pegar e transportar 3 objetos (lata - preensão cilíndrica; chave de fenda - preensão de força e caneta - preensão de precisão, respectivamente com 65.6, 31.6 e 7.5 milímetros de diâmetro) no AF, e no AV pegaram objetos virtuais visualmente semelhantes. Os parâmetros espaciais (alinhamento e suavidade da trajetória, ângulos rotacionais planos e axiais) e temporais (tempo, velocidade e tempo de desaceleração) do movimento de alcance e preensão do MS foram analisados. Resultados: Padrões similares de orientação da mão foram usados para pegar os objetos físicos e virtuais, exceto para a supinação, que foi menor no AV, para ambos os grupos, durante a preensão da lata. Ambos os grupos fizeram movimentos mais lentos, com um prolongamento na fase de desaceleração, e as trajetórias foram mais curvas no AV comparado com AF, especialmente nos indivíduos com hemiparesia. Ambos os grupos dimensionaram a abertura da preensão de acordo com o tamanho do objeto nos dois ambientes para a preensão cilíndrica, porém a abertura foi maior durante a preensão da chave de fenda e a caneta no AV. Para ambos os grupos, o uso da luva não interferiu nos parâmetros espaciais do alcance, entretanto os movimentos foram mais lentos, com pico de velocidade menor e prolongamento da fase de desaceleração. Para os indivíduos com hemiparesia, o uso da luva não influenciou nos parâmetros temporais da fase de preensão. Conclusão: Apesar de algumas diferenças nos parâmetros temporais do alcance e preensão e ângulos articulares, as estratégias motoras empregadas foram similares entre os ambientes. Tendo em vista estas diferenças, o AV pode ser considerado um ambiente adequado para intervenções clínicas e estudos em controle motor. Uma melhor representação visual dos objetos, dada pela melhoria da percepção de profundidade e pela qualidade da visualização dos objetos no ambiente virtual, poderia promover um movimento de alcance mais direto, aumentar a velocidade e diminuir o tempo de desaceleração, tornando estes parâmetros idênticos aos realizados em um ambiente real e eliminando completamente as diferenças observadas. Abstract: Introduction Virtual Reality (VR) technology is increasingly being used to create environments for motor rehabilitation. However, there is little evidence that movements made in virtual environments (VE) are similar to those made in real world physical environments (PE). Objectives: To compare the kinematics of reaching and grasping movements, performed in a PE and a similarly designed immersive three-dimensional (3D) VE, and investigate the effect of using the VR glove in the performance of the movement. Participants: Ten healthy subjects (62.1±8.8 years) and twelve subjects with chronic post-stroke hemiparesis (66.6±10.1yrs). Methodology: The VE was displayed in 3D via a head-mounted display (helmet), with stereoscopic vision. The virtual representation of the subject's hand and prehension force feedback was obtained using Cyberglove¿ and Cybergrasp¿, respectively. Arm and trunk kinematics were recorded with the Optotrak Certus® System (five rigid bodies plus seven markers). Subjects were instructed to reach, grasp and transport three objects (can-cylindrical grasp; screwdriver-power grasp; and pen-precision grasp; with diameter 65.6, 31.6 and 7.5mm respectively) in a PE and visually similar virtual objects were grasped in the VE. Spatial (trajectory straightness and smoothness, axial and planar rotational angles) and temporal parameters (movement time, velocity and duration of deceleration phase) of arm and hand movements during reaching and grasping were analyzed. Results: Similar hand orientation patterns were used when grasping both physical and virtual objects, except for supination that was lower in VE while grasping the can for both groups. Both groups made slower movements, with an increase in the relative deceleration times and the trajectories were more curved in VE compared to PE, especially in the stroke subjects. Both groups scaled hand aperture to object size in both environments for cylindrical grasp, but it was wider when grasping the screwdriver and pen in VE. In both groups, use of glove did not affect spatial parameters of the reach task. However, movements were slower, with smaller peak velocities and longer deceleration phases. For stroke subjects, temporal parameters of grasp phase were not affected by glove use. Conclusion: Despite a few differences in temporal parameters of reach and grasp and joint ranges, similar motor strategies were employed in both environments. If these differences are taken into account, VE can be considered as a suitable environment for clinical interventions and motor control studies. A better visual representation of objects, provided by an improvement in depth perception and the quality of the viewing VE, may promote straighter reach movements, increased velocity and decreased deceleration time, making these parameters identical to those made in a physical environment, and eliminating the observed differences. Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: No presente trabalho foi desenvolvido um instrumento capaz de quantificar de forma simultânea o encurtamento celular e a concentração citosólica de Ca2+ ([Ca2+]i), utilizando o indicador fluorescente fluo-3. A instrumentação foi aplicada para estudar o papel da ATPase de Ca2+ do RS (SERCA, principal transportador responsável pelo relaxamento celular e pela reposição do estoque de Ca2+ intracelular) na remoção de Ca2+ do citosol em miócitos cardíacos isolados de rato, o que exigiu o desenvolvimento de um protocolo experimental específico. O protocolo experimental desenvolvido consistiu em tornar inoperante o principal competidor da SERCA pelo Ca2+ citosólico, o trocador Na+/Ca2+ (NCX), pela perfusão da célula com solução sem Ca2+ e sem Na+. Nesta situação, considera-se que os demais transportadores de Ca2+ (ATPase de Ca2+ do sarcolema e uniporter mitocondrial de Ca2+) transportem o íon a uma taxa baixa demais para competir com a SERCA. A liberação do Ca2+ do RS foi induzida por pulsos rápidos de cafeína, e foram medidos a amplitude (?[Ca2+]i) e tempo para 50 % de queda (t1/2) dos transientes de [Ca2+]i na ausência e na presença de fármacos que afetam a taxa de captação de Ca2+ pela SERCA. Foram analisados os efeitos do agonista de receptores beta-adrenérgicos isoproterenol (ISO), que promove estimulação da SERCA, e de 2,5-di-(tert-butil) hydroquinona (tBQ), que atua como inibidor da enzima. ISO causou redução significativa do t1/2 de queda do [Ca2+]i (p< 0,01), sem alteração significativa de ?[Ca2+]i (p> 0,05). Já no caso do tBQ, foi observado um aumento significativo do t1/2 de queda do [Ca2+]i (p< 0,01) e redução da ?[Ca2+]i, (p< 0,05). Um modelo teórico da literatura foi adaptado para descrever matematicamente o modelo experimental proposto. As simulações com alterações nos parâmetros cinéticos da SERCA pelos fármacos (de acordo com dados da literatura) foram razoavelmente bem sucedidas em reproduzir os dados experimentais com relação ao tempo de remoção do Ca2+ do citosol. Portanto, foi apresentada aqui uma nova ferramenta experimental e teórica para estudar a captação de Ca2+ pela SERCA em miócitos cardíacos intactos Abstract: The goal of this work was to develop an instrument for simultaneous measurement of cell shortening and cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]i), by using the fluorescent Ca2+ indicator fluo-3. The instrument was applied to study the uptake of cytosolic Ca2+ by the sarcoplasmic reticulum (RS) Ca2+- ATPase (SERCA, the main transporter responsible for cell relaxation in intact isolated rat ventricular myocytes). For this purpose, the development of a specific experimental protocol was required. In this protocol, the main competitor of SERCA by cytosolic Ca2+, the Na+/Ca2+ exchanger (NCX), was disabled by removal of extracellular Ca2+ and Na+. In this situation, it may be assumed that the other Ca2+ transporters (sarcolemmal Ca2+-ATPase and mitochondrial Ca2+ uniporter) are too slow to compete with SERCA. SR Ca2+ release was induced by short, rapid caffeine pulses, and the amplitude (?[Ca2+]i) and time for 50% [Ca2+]i decline (t1/2) of the resulting [Ca2+]I transients were measured in the absence and in the presence of drugs that affect the rate of SR Ca2+ uptake by SERCA, namely the beta-adrenergic receptor agonist isoproterenol (ISO), which causes increase in SERCA activity, and 2,5-di-(tert-butyl) hydroquinone (tBQ), which inhibits the enzyme. ISO caused significant reduction of t1/2 (p< 0,01), without any significant change in ?[Ca2+]i (p> 0,05). In case of tBQ, significant increase of t1/2 (p< 0,01) and reduction of ?[Ca2+]I (p< 0,05) were observed. A theoretical model (Tang & Othmer, 1994) was adapted for mathematical description of the experimental model proposed. Simulation of the effects of the drugs, in which SERCA kinetic parameters were changed according to data obtained from literature, were reasonably successful at reproducing the cytosolic [Ca2+]i kinetics observed experimentally Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O ultra-som na medicina tem passado por enorme evolução nas últimas décadas e ocupado posição de destaque cada vez maior como ferramenta para terapia e diagnóstico. Isso é devido principalmente ao fato de que os equipamentos de diagnóstico por ultra-som são de relativo baixo custo, o ultra-som é uma radiação não-ionizante e permite realização de exame por método não-invasivo e as imagens são geradas e visualizadas em tempo real. Na geração de imagens deste tipo, é comum a utilização de transdutores matriciais. Entretanto, o Brasil apresenta defasagem tecnológica com respeito à construção destes transdutores e à eletrônica envolvida em sua operação. O objetivo deste trabalho consistiu no desenvolvimento de circuitos eletrônicos com 12 canais de geração e de recepção de ondas ultra-sônicas para operação com transdutor matricial linear. O sistema é capaz de excitar transdutores piezoelétricos e receber ecos ultra-sônicos na faixa de 0,5 a 30 MHz e tem seus circuitos de recepção protegidos contra a alta tensão dos pulsos gerados para a excitação do transdutor. Os disparos dos elementos do transdutor e o tempo de corte dos sinais nos circuitos de recepção, para evitar receber sinais indesejáveis referentes ao período inicial de oscilação do transdutor, são controlados via circuito com microcontrolador PIC 16F877 que, juntamente com o programa de controle, foram desenvolvidos para conectar o sistema a um microcomputador. Os 12 canais foram caracterizados eletricamente e verificou-se seu funcionamento utilizando um transdutor piezoelétrico linear de 12 elementos com 1 MHz de freqüência central, especialmente desenvolvido para este trabalho. Os resultados mostraram que o sistema funciona adequadamente, gerando imagem de um phantom construído em nosso laboratório Abstract: Ultrasound in medicine has gone through great evolution in the last few decades and has occupied important position as a tool for therapy and diagnosis. This is due to the ultrasound equipment be of relatively low-cost, ultrasound is a non-ionizing radiation, is a non-invasive imaging method, and the images are created and seen in real time. It is common the use of transducer arrays in order to generate this kind of image. There is a lack of know how in Brazil relative to the construction of these transducers and the involved electronics in their operation. The objective of this work was the development of a multi-purpose 12 channel pulser/receiver electronic circuitry to operate with linear transducer arrays. The system is able to fire ultrasound piezoelectric transducers and to receive ultrasound echo signals in the range 0.5-30 MHz. The system has reception circuits with protection against high voltage pulses. The firing of transducer elements and cutting time of the reception circuits, to avoid unwanted signals of natural initial transducer oscillations, can be controlled via PIC 16F877 hardware and software designed to connect the system to a microcomputer. The electrical characteristics of the 12 channel pulser/receiver and its use in firing a specially constructed 1 MHz 12 element PZT transducer array has been carried out and the images of a specially constructed phantom showed that it can be used in laboratory conditions Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Akebo Yamakami, Laecio Carvalho de Barros, Laercio Luis Vendite Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O câncer de próstata é, atualmente, o segundo tipo de câncer com maior incidência entre a população masculina, no Brasil. Estimar o seu estágio, com as informações clínicas disponíveis para decidir a terapia a ser aplicada, é uma tarefa árdua. Neste trabalho, um modelo matemático é elaborado para auxiliar o médico na tomada de decisão. A teoria dos conjuntosfuzzy, por sua capacidade em lidar com incertezas, inerentes aos conceitos médicos, é a ferramenta utilizada, não só para desenvolver o modelo, como também para desenvolver a metodologia para sua avaliação, baseada na análise ROC (Receiver Operating Characteristic). A avaliação foi feita utilizando-se dados obtidos junto ao Instituto Americano do Câncer e permite afinnar que o sistema especialista construí do discrimina pacientes com câncer confinado à próstata daqueles com câncer não-confinado. Considerando a taxa de crescimento como um parâmetro incerto e variável na população, também é apresentado um modelo para descrever o crescimento do tumor Abstract: Nowadays, prostate cancer is the second most common man cancer diagnosed in Brazil. Predicting the cancer stage from available clinical information to decide the therapy to be used is hard work. ln this study a mathematical model is developed to assist the physician in this task. The fuzzy sets theory provides effective tools to handle and manipulate imprecise data and to make decisions based on such data. As imprecision is a characteristic of medical concepts, this theory is utilized not oniy to develop the model as to develop the methodology for its evaluation, based on ROC (Receiver Operating Characteristic) analysis. To evaluate its performance, data from the American Cancer lnstitute were used. The results indicate that the model is able to discriminate patients with organ-confined disease from those with non-confined cancer. In addition, considering the growth rate as an uncertain, changeable parameter in the population, a model to describe the tumor growth is suggested. Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de um equipamento de biofeedback eletromiográfico para reabilitação do controle motor, otimizando os aparelhos já existentes no mercado e suprindo a carência do LRSM-CEB-DEB-UNICAMP. Estes equipamentos utilizam os sinais mioelétricos, convertendo-os em informações visuais que expressam o grau de contração/relaxamento dos músculos. Estas informações são utilizadas como um guia durante a terapia para reduzir ou aumentar a tensão muscular. A aquisição do sinal foi realizada através de eletrodos de superfície. O tratamento do sinal é composto pela fase de amplificação, filtragem passa-faixa de 20 a 500 Hz com o intuito de adequar o sinal ao conversor A/D. Este é controlado por um microcontrolador que coleta os dados do conversor e faz a interface com o microcomputador através da porta serial. O software para biofeedback, desenvolvido em Delphi 6.0, apresenta os sinais em tempo real, no formato gráfico, envoltória ou barra de rolagem, também o EMG bruto e extrai os parâmetros relevantes para análise posterior. Os resultados obtidos foram analisados e comparados com sistemas de aquisição comerciais, podendo concluir que o aparelho pode ser utilizado no desenvolvimento de pesquisas e no treinamento de pacientes Abstract: This work describes the development of a biofeedback electromiography device for motor control rehabilitation, updating the devices already available and to fulfill the need of LRSM-CEB-DEBUNICAMP. These devices use the mioelectric signals, converting them in visual information that express the degree of muscles contraction/relaxation. These information are used as a guide throughout the therapy to reduce or increase the muscular tension. The signal was acquired through surface electrodes. The signal treatment is composed of the amplifying phase, filtering bandpass from 20 to 500 Hz with the objective to adequate the signal to the A/D converter. This converter is controlled by a microcontroller that collects the data and its makes interface with a computer through the serial port. The biofeedback software developed using Delphi 6.0 to display the signals in real time, on graphic format, curve and level bar, also the EMG and extracts the relevant parameters for a posterior analysis. The results obtained were analysed and compared with the standard, concluding that the device can be used in research development and pacient treatment Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A utilização de ultra-som na área médica tem um espectro bastante amplo e, especificamente no que concerne a imagens, vem se tomando referência em alguns exames clínicos. A ultra-sonografia de modo-B é umas das modalidades mais difundidas, fornecendo imagens anatômicas bidimensionais correspondentes a cortes tomo gráficos do tecido em questão. Apesar de todo o avanço tecnológico que vem sendo realizado nas últimas décadas, as imagens de modo-B ainda apresentam baixa qualidade, se comparadas com imagens de ressonância magnética ou tomografia computadorizada por raios-X. Um dos principais problemas é a ocorrência de speckle, um artefato que cria um padrão granuloso na imagem, falseando as estruturas nela contidas e ocasionando grande subjetividade ao diagnóstico médico. O speckle dá-se em função de interferências destrutivas entre, pelo menos, duas reflexões acústicas que se sobrepõem, sendo um fenômeno comum a sistemas que utilizam fontes coerentes, como ultra-som, laser e radar . O objetivo deste projeto foi o desenvolvimento de métodos matemáticos que levassem à redução de speckle e a conseqüente melhora da qualidade das imagens ultra-sônicas de modo-B. Desta forma, buscou-se contribuir para um menor grau de subjetividade (e maior determinismo) no diagnóstico médico por ultra-som, além de contribuir para a eficácia de métodos automáticos de análise das imagens que porventura possam ser utilizados. Além da motivação principal, procurou-se estender o objetivo a contribuições paralelas em vários outros aspectos relacionados a imagens ultra-sônicas de modo-B. Foi desenvolvido um método inédito de redução de speckle, denominado Diversidade de Fase (ou Split Phase Processing - SPP), além de propor e implementar inovações no método denominado ZAP (Zero Adjustment Processing). Entre as contribuições paralelas, foi desenvolvida a técnica de detecção de speckle usando morfologia matemática, além da introdução dos conceitos de espalhadores efetivos e imagem livre de speckle, usada como padrão de referência nas simulações empregadas. Os métodos desenvolvidos foram aplicados a imagens simuladas, bem como a imagens obtidas de equipamentos ultra-sônicos comerciais em situações clínicas reais. Os resultados foram avaliados qualitativamente, através de inspeção visual, bem como de forma quantitativa, através de análise estatística da melhoria do contraste e da relação sinal-ruído, além da capacidade de detecção de estruturas nas imagens. Foram utilizadas várias imagens de teste e, de forma geral, atingiram-se níveis de redução de speckle de 50 a 90 % com imagens clínicas reais, dependendo do parâmetro de qualidade utilizado Abstract: Medical ultrasound imaging has been widely used and has become a reference standard in some clinical examinations. B-mode ultrasound imaging is one of its most popular modalities, providing anatomical bidimensional images, corresponding to tomographic slices of the tissue under investigation. Despite ali technological advances that have been achieved during the past decades, B-mode images still present low quality, in comparison to magnetic resonance or X-ray computerized tomography images. One of the chief problems is the occurrence of speckle, an artefact that introduces a worm-like pattem that pervades the image, corrupting real structures and substantially compromising medical diagnosis. Speckle results from destructive interference between retuming echoes, being characteristic of systems that use coherent sources, such as ultrasound, laser and radar. The objective of this thesis was the development of mathematical methods aiming at speckle reduction and the consequent quality improvement of B-mode ultrasound images. We focused on the reduction of the subjectivity in ultrasound medical diagnosis and also on the contribution to the improvement of automatic methods for image analysis. Beyond the scope of the main motivation, it was also looked for contributions in several other features conceming B-mode ultrasound imaging. Two different approaches towards speckle reduction were introduced: the first is an original one, which was called Phase Diversity or Split Phase Processing (SPP), whilst the second includes innovations in the method known as Zero Adjustment Processing (ZAP). Amongst the side-contributions, it was also included the development of a speckle detection method using mathematical morphology techniques, as well as the introduction of the effective scattering and speckle-free concepts, the later used as a golden standard in ultrasound image simulations. The developed methods have been applied to simulated and real images acquired from commercial ultrasound equipments in clinical situations. The results have been evaluated qualitatively, through visual inspection, and quantitatively, through statistical analysis ofthe signal and contrast to noise ratio improvements, as well as the structure detection capabilities in the images. Several test images were used and, in average, it was possible to reach speckle reduction levels between 50 and 90 % with real clinical images, depending on the used quality assurance parameter Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Saide Jorge Calil Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Existe uma preocupação crescente dos profissionais de saúde com a segurança de suas equipes e dos pacientes no ambiente hospitalar. Dentre os fatores que afetam a segurança estão os perigos decorrentes de problemas funcionais dos equipamentos eletromédicos (EEMs), que podem ocorrer durante sua vida útil. Com o intuito de reduzir os riscos funcionais desses equipamentos nos hospitais, a engenharia clinica tem desenvolvido programas de manutenção preventiva, rotinas de ensaios de desempenho e calibração de equipamentos eletromédicos (PEDROSO & CAL/L, 2002). Aliado a isto, a introdução do gerenciamento de risco contribui para a eficiência do controle destes riscos. Através da implementação de suas etapas de gerenciamento (análise de risco, avaliação de risco e controle de risco), os problemas de segurança podem ser identificados e as ações da engenharia clínica direcionadas para a redução dos riscos, eliminando, na medida do possível, as causas dos riscos existentes. Neste sentido, foi apresentada aqui uma proposta de modelo de gerenciamento de risco aplicado ao desempenho de EEMs em estabelecimentos assistenciais de saúde (EAS), elaborado por meio da adaptação de preceitos, técnicas e procedimentos definidos pela literatura e pela Norma ISSO 14971:2000. O modelo desenvolvido foi sistematizado em uma seqüência de atividades divididas em três etapas definidas pela Norma anterior - análise de risco, avaliação de risco e controle de risco. Após a elaboração do modelo de gerenciamento, foi realizado um estudo de caso no centro cirúrgico do Hospital de Clínicas - UNICAMP, onde foram avaliados os riscos que podem ser produzidos pela utilização de desfibriladores. O modelo proposto de gerenciamento mostrou ser um sistema gerencial com metodologia investigativa, lógica e estruturada. A sua aplicação fornece argumentos rastreados e baseados no conhecimento para a tomada de decisão acerca dos procedimentos de controle de risco, com vistas a manter o risco dentro de níveis estabelecidos pelo comitê de gerenciamento de risco Abstract: There is growing concern of the health professionals for the safety of their teams and the patients in the hospital environment. Among the factors that affect the safety are the hazards resulting from functional problems of medical electrical equipments (MEEs), that can happen during its useful life. With the objective of reducing the functional risks of those equipments in the hospitals, the clinical engineering has been developing programs of preventive maintenance, routines of performance and calibration tests of medical electrical equipment (PEDROSO & CALlL, 2002). Associated to this programs, the introduction of the risk management comes to contribute for the efficiency of these risks control. Through the implementation of its management stages (risk analysis, risk evaluation and risk control), safety problems can be identified and the actions of the clinical engineering group can be taken for the risk reduction. Thus, it was presented here a proposal of risk management model applied to the MEEs performance at the hospitals, elaborated through the adaptation of precepts, techniques and procedures defined by the literature and by the Standard ISO 14971:2000. The developed model was systematized in a sequence of activities divided in three stages defined by the previous Standard - risk analysis, risk evaluation and risk control. After the elaboration of the management model, a case study was carried out in the surgical center of the "Hospital das Clínicas UNICAMP", where the risks that can be produced by the use of defibrillators were evaluated. The proposed management model proved to be a management system with investigative, logic and structured methodology. Its application supplies traced arguments and based on the knowledge for the taking decision concerning the procedures of risk control, with views to maintain the risk in established levels by the risk management committee Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vera Lucia da Silveira Nantes Button Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação Resumo: A necessidade da Garantia da Qualidade do serviço prestado no ambiente hospitalar tem sido enfatizada nas publicações em Engenharia Clínica. Este trabalho tem por objetivo principal o desenvolvimento de um programa de controle de qualidade de imagem aplicado a equipamentos de imagem médica gerada por ultra-som Modo-S, envolvendo a elaboração e aplicação de protocolos que descrevam inspeção física e mecânica e testes de desempenho aplicados a estes equipamentos. Para a realização dos testes de desempenho, utilizamos um phantom que permite a aquisição das seguintes características do equipamento: uniformidade de imagem, profundidade de penetração do campo ultra-sônico, precisão das medidas do sistema, detecção de vazios esféricos, resoluções axial e lateral e zona morta. Os procedimentos adotados para a avaliação destas características foram estabelecidos através da consulta a normas internacionais e outras bibliografias específicas. Estas bibliografias especificam que os controles do equipamento devem ser ajustados da mesma maneira a cada teste, portanto, neste trabalho também foi realizado um estudo que avalia a influência dos controles de ganho geral, faixa dinâmica e ampliação da imagem nos testes de desempenho. Foram avaliados dez equipamentos de dois departamentos de ecografia distintos. Os resultados dos testes de controle de qualidade de imagem demonstram que 60% dos equipamentos analisados apresentaram algum tipo de defeito na inspeção física e mecânica e que 95,83% dos transdutores analisados apresentou algum dos indicadores de qualidade além do limite de tolerância Abstract: Clinical Engineering publications have emphasized the necessity of quality assurance of the services done in the hospital environment. The objective of this work was to develop an image quality control program to be applied to B-mode ultrasound scanners, which included the development and application of protocols which describe physical and mechanical inspection and performance tests. For the accomplishment of the performance tests, we have used a multipurpose phantom that allowed the evaluation of the following scanners characteristics: uniformity of image, sensibility (depth of the ultrasonic field penetration), precision of the system measurements, detection of spherical voids, axial and lateral resolutions and dead zone. The procedures adopted for the evaluation of these characteristics have been established through the examination of international standards and specialized publications. These bibliographic materials specify that the controls of the equipment must be adjusted in the same way at each test realization; therefore, this work also have carried through a study that evaluated the influence of varying the general gain and dynamic range controls and the magnification (zoom) of the image field view in the performance tests results. The quality control tests results showed that 60% of the evaluated equipments presented some kind of problem in the physical and mechanical inspections, and that 95.83% of the evaluated transducers presented some of the quality pointers values beyond the limit of tolerance Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O trabalho desta dissertação se baseia no desenvolvimento de uma ferramenta computacional (software) que permite a captação, transmissão, leitura, edição, e armazenamento remoto de dados biomédicos, com critérios de segurança, autenticação,autorização e integridade de dados. Como adicional importante, o software permite o acoplamento de um sistema de controle de serviços remoto. A aplicação segue um modelo de requisição de serviços cliente-servidor, sob uma arquitetura em camadas, escrita na linguagem de programação Java com as seguintes funcionalidades: visualização de imagens médicas (formato DICOM), edição remota de laudos com assinatura digital, armazenamento de dados relativos ao paciente (demográficos e imagens) e transmissão de imagens médicas. Seu objetivo principal é mostrar a possibilidade de edificação de softwares de acesso e controle remoto de dados biomédicos baseados em sistemas de segurança e permissão seletiva Abstract: This work describes the development of a computational tool (software) that allows acquisition, transmission, reading, edition, and remote storage of biomedical data, following the protocols established for a Virtual Private Network - VPN, implying in security, authentication, authorization and integrity of data. The software allows the coupling of a control system of remote services. The application follows a model of requisition of services customer-server, under an architecture in layers, written in the programming language Java with the following functionalities: visualization of medical images (DICOM format), remote editing of medical findings with digital signature, storage of patient data (demographic and images) and transmission of medical images. Its objective is to show the possibility of construction of software for access and remote control of biomedical data based in security systems and selective permission Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica