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Orientador: Wang Binseng Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: O diagnóstico clinico no campo neurológico tem-se baseado quase sempre na historia, no exame físico, na visualização de estruturas anatômica com emprego de equipamentos de custo muito elevado, e na descrição do distúrbio neurológico pelo próprio paciente. Potenciais evocados são potenciais elétrico registráveis perto de grupos de células nervosas após a aplicação de um estímulo externo apropriado a cada sistema sensorial. Estes potenciais, registrado de maneira não-invasiva, permitiram o avanço nos estudos e testes das funções sensoriais, bem como a criação de procedimentos clinicamente aplicáveis para diagnóstico de distúrbios neurosensoriais. Os potenciais evocados possuem pequena amplitude (variam de dê cimos de microvolts a dezenas de microvolts) e, portanto, são freqüentemente me carados pela presença de outros potenciais (neurais e não-neurais) de maior amplitude. Por ter relação sinal/ruído muito baixa, é necessária a utilização d instrumentos onde são implementadas técnicas de processamento de sinais para s extrair o sinal do ruído. Neste trabalho, apresenta-se o projeto e a construção de um equipamento (promediador) baseado num microprocessador de 8 bits, tendo sido implementado o método do cálculo da média síncrona, ou promediação. O promediado consiste de: um microprocessador 8085A; 2k "bytes" de memória EPROM onde estão armazenados os programas residentes; 3k "bytes" de memória RAM (memória de da dos da soma ou da média); 3 interfaces de comunicação paralela (8255); um sistema de conversão A/D, com circuito gerador de freqüências de amostragem, amplificador e filtro; e um sistema de conversão D/A com interface de saída e circuito de controle do sistema. A cada estimulo aplicado, são adquiridos e processados 512 pontos da resposta a este estímulo. O número de estímulos aplicados é mostrado nu "display" de 5 dígitos e o resultado do segmento médio ou da soma intermediaria e mostrado num osciloscópio. 0 usuário pode solicitar: a) zerar memória; b) iniciar processamento; c) parar processamento; e d) calcular média. onde ainda se lecionar: a) ganho do amplificador; b) freqüência de corte do filtro; c) freqüência de amostragem; d) número de estímulos; e) escalamento do sinal de saí da; e f) atraso do sinal de sincronismo vindo do estimulador. Além dos testes de bancada, com sinais artificiais, o protótipo foi testado com animais e com voluntários, sendo obtidos potenciais evocados aditivos de tronco cerebral e de córtex não-específico. Os resultados obtidos são praticamente análogos aos obtidos com um equipamento importado, demonstrando que foram atingidos os objetivos propostos. Abstract: Clinical diagnosis in neurology have been based almost always on medical history, physical examination, imaging of anatomical structures through expensive equipments, and description of neurological deficiencies by the patient himself. Evoked potentials are electric potentials which can be recorded from nerve cells after the application of external stimulus, appropriate to each sensory system. These potentials, obtained noninvasively, brought progress in studies and testing of sensory functions, as well as the invention of clinical procedures applicable to the diagnosis of neurosensory disorders. Evoked potentials have small amplitudes (from fraction of microvolts to tens of microvolts), thus are often masked by other potentials (neural and nonneural) of greater amplitude. Being small the signal-to-noise ratio, it is necessary to use specialized instrumentation to extract the former from the latter. In this thesis is presented the design and the construction o a equipment (averager) based on an 8-bit microprocessor, on which the method of synchronous averaging was implemented. The averager is composed of: an 808 microprocessor, 2k bytes of EPROM (where is located the system software), 3k bytes of RAM (for data), 3 parallel communication interface (8255), a 10-bit A converter system, a circuitry for generating sampling frequencies, amplifiers and filters, a D/A converter with output interface, and a control circuit. After application of each stimulus, 512 points of response an acquired and processed. The number of stimuli applied is presented on a 5-dig display, and the result of averaging, or the intermediate summation, is presented on an oscilloscope. The user can: a) zero the contents of the memory; b) initiate the processing; c) stop the processing, and d) compute the average. Furthermore, he can also select: a) the gain of the amplifier; b) the cut-off frequency of the filters; c) the sampling frequencies; d) the number of stimuli to be processed; e) the output gain; and f) the delay to be applied after the arrival of the synchronizing signal. Besides bench tests with artificial signals, the prototype we tested with animals and volunteers, with the recording of auditory evoked potentials from the brainstem and nonspecific cortex. The results obtained are very similar to those obtained with an imported equipment, thus proving that the goals proposed were met. Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Hermes Arytto Salles Kamimura Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A neuromodulação por ultrassom focalizado (FUS) tem se mostrado uma ferramenta de neuromodulação particularmente útil no tratamento de doenças neuropsiquiátricas, apresentando vantagens com relação às outras técnicas, pois é uma técnica não invasiva e com resolução espacial milimétrica. Neste estudo, campos acústicos e taxas de deposição de calor foram simulados para diferentes fontes de ultrassom focadas no cérebro, para modelo humano e utilizando-se de diferentes protocolos de estimulação usados em aplicações para neuromodulação. O sucesso da técnica de neuromodulação por ultrassom depende da precisão do ponto focal ultrassônico. Este estudo prevê a penetrabilidade e a focalização dos pulsos ultrassônicos através do crânio permitindo verificar a viabilidade e segurança da técnica tFUS para a neuromodulação. Por meio de um estudo in silico, empregamos a toolbox k-Wave para gerar e avaliar mapas de pressão acústica 3D gerados por um e dois transdutores FUS de elemento. A velocidade do som e densidade do crânio, tecido cerebral e pele (coeficientes de atenuação de 11, 0,6 e 0,5 dBcm-1MHz-1, respectivamente), foram estimados a partir de unidades Hounsfield obtidas de imagens de tomografia computadorizada. As sequências de pulso simuladas consistiram em rajadas senoidais com comprimento de pulso de 300 µs, ciclo de trabalho de 50% ou 60% e duração de burst de 0,5s, 1s, 2s, 3s, 4s, totalizando 10 protocolos FUS. Para avaliar a segurança, a deposição de calor em todo o cérebro também foi avaliada. A metodologia aqui proposta demonstra a importância do planejamento do tratamento para a entrega eficiente de energia, mantendo níveis seguros de temperatura no cérebro. As simulações acústicas nos permitiram verificar que em comparação com um único transdutor ultrassônico mono elemento (TUME), o uso de dois transdutores monoelementos permite transmitir e entregar uma amplitude de pressão acústica mais alta e mais homogênea no cérebro, com aumento de 71% (para o transdutor de 250 kHz) e 49% (para o transdutor de 500 kHz) da máxima amplitude no foco; E, atingir estruturas mais profundas com o ponto focal encontrado aproximadamente 1 cm mais profundo do que quando se usa 1 TUME. possibilitando um aparato experimental para neuromodulação com uma configuração de custo mais baixo, se comparada com a configuração de transdutores multielementos. Observamos um aumento máximo de 0,5 ºC no crânio, sendo a duração da sonificação e da duração do ciclo de trabalho os fatores mais relevantes para o aumento da temperatura do meio. A codificação dos pulsos ultrassônicos por chirp demonstrou ser eficaz para minimizar a deposição térmica no crânio e na região focal. Este estudo, também, nos permitiu verificar que transdutores planares possuem o potencial para serem utilizados em aplicações com neuromodulação por ultrassom e que transdutores focalizados com frequências mais altas das que geralmente são usadas em humanos (800 kHz), também têm o potencial de serem utilizados para neuromodulação, se focalizados através da fossa temporal do crânio humano, permitindo uma pressão máxima no foco capaz de induzir a ativação de canais sensíveis à mecânica do meio Abstract: Focused ultrasound neuromodulation (FUS) has been shown to be a handy neuromodulation tool in treating neuropsychiatric diseases, presenting advantages over other techniques as it is a non-invasive technique with millimeter spatial resolution. In this study, acoustic fields and heat exposure rates were simulated for different ultrasound sources focused on the brain, for the human model, and different protocols used in neuromodulation applications. The success of the ultrasound neuromodulation technique depends on the accuracy of the ultrasonic focal point. This study predicts the penetrability and focus of the ultrasonic pulses allowing to verify the viability and safety of the tFUS technique for neuromodulation. Through an in-silico study, we used the k-Wave toolbox to generate and evaluate 3D acoustic pressure maps generated by one and two single-element FUS transducers. Sound velocity and density of skull, brain tissue and skin (attenuation coefficients of 11, 0.6 e 0.5 dBcm-1MHz-1, respectively) were computed using Hounsfield units from tomographic images. We simulated pulse sequences consisting of sinusoidal bursts with pulse length of 300 µs, 50% or 60% duty cycle and bursts of 0.5s, 1s, 2s, 3s, 4s, in a total of 10 FUS protocols. Safety was evaluated looking at heat deposition throughout the skull and brain tissue. The approach suggested here emphasizes the significance of treatment planning for effective energy supply and upholding healthy brain temperature ranges. The use of two single element transducers allows for transmission and delivery of a higher and more uniform acoustic pressure amplitude in the brain, with an increase of 71% (for the 250 kHz transducer) and 49% (for the 500 kHz transducer) of the maximum amplitude at focus; and targeting deeper structures with the focal point found approximately. enabling a neuromodulation experimental device with a more affordable design than one made up of several transducers. The duration of the sonication and the duty cycle were the two most important variables for the increase in the medium's temperature, and we saw a maximum increase of 0.5º C in the skull as a result. It has been demonstrated that chirp coding of the ultrasonic pulses reduces heat buildup in the focal region and cranium. The feasibility of using planar transducers in applications involving ultrasound neuromodulation was also confirmed by this investigation. If focused through the temporal fossa of the human skull, focused transducers with frequencies higher than those typically used in humans (800 kHz) also have the potential to be used for neuromodulation. This allows a maximum pressure in focus that can cause the activation of channels sensitive to the mechanics of the medium Doutorado Engenharia Biomédica Doutora em Engenharia Elétrica FAPESP 2019/14217-8 CNPQ 141272/2018-0

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: 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

Orientador: Eduardo Tavares Costa, Wang Biseng Tese. (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: A construção e o desempenho de um sistema com sensor de fibra óptica para medição do pH numa faixa ampla é apresentada. A construção do sensor é baseada no emprego de dois indicadores colorimétricos de pH, fornecendo uma sensibilidade na faixa de pH 1 a pH 7, com uma precisão de 0,1 unidades de pH. Essa faixa se estende até pH 9, mas com uma precisão menor. A aplicação principal deste protótipo é a monitoração do pH gástrico. o sistema é baseado na imobilização conjunta dos indicadores colorimétricos e micropartículas de dispersão em microesferas de gel de "polyacrylamide". O sensor é construído com uma única fibra óptica de plástico de o,25mm, um divisor de luz com fibra óptica, uma lâmpada sub-miniatura de tungstênio halogenado, um fotodetector com grade holográfica e CCD, conectado a um computador, responsável pela análise espectral em duas faixas de comprimentos de onda. O computador apresenta graficamente o valor do pH por um período de até 24 horas. O sistema apresenta uma estabilidade 0,2 unidades de pH por 24 horas, tempo de resposta de alguns minutos e foi testado em amostras de suco gástrico e em um animal Abstract: The construction and perfomance of a fiber-optic broad-range pH sensor is described. The general construction of the sensor is based on two immobilized colorimetric indicators, providing a sensitivity over the pH range of 1 to 7 with a precision of 0.1 pH unit. The range extends to pH 9 with less precision. The primary objective of the design is for gastric measurements. The system is based on absorbance dyes bound to polyacrylamide gel containing light-scattering particles. The sensor is constructed on a single 0.25mm diameter plastic optical fiber. The optical system consists of a sub-miniature tungsten lamp, fiber-optic splitter, and CCD - grating detector connected to a computer for spectral analysis, using two wavelength regions. The computer displays the pH graphically over 24 hours. The system shows stability within 0,2 pH unit over 24 hours, response time of a few minutes and has been tested with gastric juice samples and in an animal 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 : Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: Para uma melhor compreensão e confiabilidade no processamento das informações obtidas pela radiação ultra-sônica, torna-se muito importante o entendimento dos princípios básicos da geração de ondas ultra-sônicas bem como sua interação e propagação através dos mais diversos meios. Isto pode ser parcialmente alcançado através da utilização de equipamentos adequados e um amplo conhecimento das suas características de operação. Tendo como objetivo a medição e o estudo de características ultra-sônicas de diferentes materiais, foi desenvolvido um Sistema Pulso-Eco Microcontrolado (SPEM) para geração e recepção de sinais de radiofreqüência (RF) na faixa do ultra-som para diagnóstico médico. O "hardware" do sistema desenvolvido é formado por circuitos de transmissão, circuitos de recepção, circuitos de controle e de interfaceamento. Os circuitos de interfaceamento e controle foram desenvolvidos utilizando-se o microcontrolador MC68HCII-Al da Motorola, "drivers" e circuitos de apoio para implementar a Interface Padrão IEEE-488 ("General Purpose Interface Bus" - GPIB). O SPEM pode ser operado tanto por controle remoto, via interface GPIB, como por controle local via teclado e chaves no painel frontal do mesmo. O "software" para controle local foi escrito na linguagem Assembly do MC68HCll e o "software" para controle remoto via interface GPIB foi desenvolvido utilizando-se a linguagem de programação C e é executado em um computador compatível com o IBM PC, equipado com uma interface da Hewlett-Packard modelo HPIB 82335A. O microcomputador opera como controlado r do barramento GPIB. Os circuitos de transmissão são capazes de gerar pulsos com largura de 330 ns e amplitude controlada entre 15 V e 200 V ou pulsos de 200 ns, 300 ns, 400 ns, 500 ns, 600 ns e 700 ns com amplitude controlada entre 2 V e 28.4 V. Os circuitos de recepção podem amplificar sinais de RF com freqüências entre 10 kHz e 10 MHz em 25 ganhos distribuídos na faixa entre 0.6 V/V e 3730 V/V (-4.4 dB a 71.5 dB). Os testes para avaliação de desempenho do sistema foram realizados no Laboratório de Ultra-som do Centro de Engenharia Biomédica da Unicamp (LUS-CEB) com a geração e recepção de ondas ultra-sônicas em meio líquido, utilizando-se um transdutor circular de 1 MHz colocado em contato com um cilindro de alumínio. Estes testes mostraram que o equipamento pode ser utilizado para fins de pesquisa em laboratório Abstract: In order to obtain more reliability in the processing of information obtained by ultrasound radiation, it is very important to understand the basic principIes of ultrasound wave generation, interaction with and propagation through different media. This can be partially achieved with suitable equipments and a good knowledge of its working conditions. In an effort to measure and study ultrasonic features of different materiaIs, we have developed a Pulse-Echo Microcontrolled System (SPEM) for generation and reception of RF signals in the range ofultrasound medical diagnosis. The hardware consists oftransmission, reception, control and interfacing circuits. The control and interfacing circuits were developed with a Motorola MC68HCII-Al microcontroller and proper circuitry to implement the IEEE Standard 488 (General Purpose Interface Bus - GPIB). The SPEM is fully controlled via remote mode through the GPIB interface, and permits local control with proper keys in the front pane!. Special software has been developed Ín C-language to run in an IBM-PC compatible microcomputer, working as GPIB controller and equiped with a HPIB 82335A interface model of Hewlet-Packard. The SPEM control software has been written in MC68HC11 assembly language. The transmitting circuit emits pulses 330 ns wide with an amplitude that may be controlled from 15 V to 200 V or pulses 200 ns, 300 ns, 400 ns, 500 ns, 600 ns and 700 ns wide with an amplitude controlled from 2 V to 28.4 V. The receiving circuit amplifies RF signals in the range of 10 kHz to 10 MHz from 0.6 V/V to 3730 V/V (-4.4 dB to 71.5 dB) in 25 steps. The system was tested with a 1 MHz transducer facing an aluminun rod, both immersed in water. Ultrasound waves have been generated and received by the system which has presented good performance. The results have shown that the equipment may be used for research purposes in the Ultrasound Laboratory of the Centre for Biomedical Engineering at Unicam Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: A monitoração contínua do eletrocardiograma (RCG) é largamente utilizada na avaliação clínica da atividade elétrica do coração de indivíduos sadios ou pacientes cardíacos em suas atividades diárias, sendo útil no diagnóstico de arritmias cardíacas, no acompanhamento de sintomas, tais como palpitações e sincopes, nos tratamentos com drogas, ou com implantes de marcapassos artificiais. No Brasil, os altos custos referentes à monitoração contínua de pacientes, com a utilização do Sistema Holter, limitam a avaliação de suspeitas de arritmias cardíacas a uma pequena parcela da população. Neste presente trabalho, apresenta-se um sistema portátil de baixo custo para quantificação de arritmias cardíacas por períodos prolongados (aproximadamente 15 horas). O instrumento é baseado no microcontrolador 80C31 (Intel) com 8 Kbytes de memória EPROM e implementação adicional de 2 Kbytes de memória RAM. O amplificador de instrumentação INA102 (produzido pela BurrBrown) foi utilizado para amplificação do RCG. Um grupo de arritmias (extra-sístole ventricular, extra-sístole ventricular interpolada, extra-sístole atrial, bradicardia e taquicardia) são detectadas através da análise de ritmo do ECG (intervalos RR), codificadas e armazenadas em memória para posterior quantificação. O instrumento pode ser conectado a um computador para transferência de dados, ou a uma impressora paralela para geração de relatório final. Foram realizados testes em bancada e com pacientes. Os resultados demonstraram que o instrumento desenvolvido pode ser utilizado como ferramenta de auxílio ao diagnóstico cardíaco e pode ser colocado à disposição de uma parcela maior da população brasileira Abstract: Continuous monitoring of the eletrocardiogram (RCG) has been widely used in the clinical evaluation of the electrical activity of the heart muscle of individuals with or without organic heart disease in their daily activities. This is useful in the diagnosia of arrhythmias and symptoms like palpitations and syncope, and in the follow up of patients under treatment with antiarrhythmic druga, or even patients with an implanted pacemaker. The high costs related to the continuous monitoring of patients, using Holter System, limit its use to a small percentage of individuals in Brazil. In this work, a low-cost portable microprocessor-based instrument designed for long-term (about 15 houra) cardiac arrhythmia detection and atoring ia described. The instrument is based on the INTRL 80C31 microcontroller with 8 Kbytes EPROM and additional 2 Kbytes RAM. Burr-Brown INA102 amplifier was used for RCG amplification. A group of arrhythmias are detected. codified and stored. The instrument may be connected to a computer for data transfer, or to a Parallel printer for printing a final report. Tests were performed in laboratory and with patients. Results have shown that the developed instrument can be used as an auxilliary tool in the diagnosia of cardiac arrhythmias, being able to be used by a greater portion of the Brazilian population Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: Este trabalho refere-se ao desenvolvimento, construção e testes de um conjunto transdutor/monitor de apnéia para Recém-Nascidos Pré Termo (RN-PT). Detecta a ocorrência de apnéia, ou seja, ausência da respiração, utilizando para isso um sensor sem contato físico com o RN-PT. O aparelho desenvolvido é composto de um transdutor capacitivo, um circuito de ajuste e detecção do sinal respiratório e um circuito microprocessado. O transdutor é constituído de um oscilador de alta frequência, um demodulador FM e tem como um elemento sensor um disco metálico que age como uma das placas de um capacitor, fazendo parte do circuito tanque do oscilador. Quando a placa sensora é colocada sobre a abdome do RN-PT, forma-se então um capacitor entre o sensor e o abdome, explorando assim o efeito capacitivo. Movimentos superficiais do abdome devidos a respiração, resultarão em variação da distância sensor/abdome, variando a capacitância e causando um desvio proporcional da frequência central do oscilador. O demodulador, sincronizado com a frequência central do oscilador, converte o desvio da frequência em uma tensão analógica. Este sinal corresponde ao sinal respiratório, é apresentando a um circuito de ajuste e detecção, que tem como objetivo filtrar, amplificar e gerar um pulso de tensão. Este pulso é apresentado na entrada de interrupção de um circuito microprocessado, permitindo o cálculo e a visualizacão da frequência respiratória instantânea num LCD (display de cristal líquido), além da programação dos alarmes de apnéia, taquipnéia e bradipnéia e também a sua visualização no LCD. O equipamento construído foi testado em bancada e com pacientes e mostrou-se adequado ao uso em Unidades de Terapia Intensiva para RN-PT Abstract:This work describes the design, construction and tests of a transducer and apnea monitor to be used in Intensive Care Units for premature babies and neonatals. The monitor is able to check respiratory signal and to detect occurrences of apnea, and its main advantage is that the transducer does not touch the prematurre baby. The equipment consists of a capacitive transducer, respiratory signal adjustment and detection circuit, and an Intel 80C31 microcontroller based circuito The transducer set contains a high frequency oscillator, a FM demodulator, and its sensor element is a metallic disk used as one of the plates of a capacitor (the other plate is the abdome of the baby). This capacitor is part of a tank circuito Movements of the babies chest due to respiration alters the distance sensor/abdome, varying the distance between the capacitor plates and consequently its capacitance and causing a proportional deviation on the central frequency of the oscillator. The demodulator, synchronized with the oscillator central frequency (5MHz), transforms the frequency deviation into an analog voltage. This analog voltage, corresponding to the respiratory signal, is sent to the adjustment and detection circuits to be filtered, amplified and to generate a voltage pulse. This pulse is sent to the interruption pin of the microcontroller, allowing the calculation and visualization of the instantaneous respiratory frequency, apnea timing and alarms on a liquid crystal display (LCD). The equipment performed well in bench tests and with babies, and is adequate to be used in Intensive Care Units for premature babies Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O processamento digital de imagens radiográficas tem tido grande impulso nos últimos 10 anos, graças principalmente ao crescente desenvolvimento tecnológico dos microcomputadores e dos equipamentos de digitalização de imagens, além do desenvolvimento de equipamentos de radiografia digital. Com o objetivo de fornecer aos cirurgiões-dentistas, da área de radiologia, ferramentas de processamento de imagem que funcionem em equipamento de baixo custo, e que sejam de fácil utilização, foi desenvolvido o SPIRO - Sistema para Processamento de Imagem Radiográfica Odontológica. O SPIRO foi desenvolvido para ser executado em ambiente operacional MS Windows e permite o processamento de imagens previamente digitalizadas ou com o auxílio de um scanner fazer a digitalização de radiografias odontológicas para posterior processamento. Os processamentos disponíveis são: ampliação e redução, aumento do contraste e brilho, produção de imagem negativa, pseudo-colorização e equalização de histograma. O programa foi testado por 14 cirurgiões-dentistas da área de radiologia e mostrou ter atingido seus objetivos por ser um sistema útil para auxílio ao diagnóstico, de fácil utilização e que pode ser executado em equipamentos de baixo custo Abstract: The radiological digital image processing has been growing during the last 10 years due to the increasing technological development of microcomputers, to the image digitizing equipment and to the new digital radiographic equipments. In order to help the dentists, especialized on radiology, in improving their diagnosys, we have developed SPIRO (System for the Processing of Odontological Radiographic Images), a digital image processing software tool to run on low cost equipment that is very ease to be used. The software was developed to run under MS Windows and allows the processing of previously digitized images or activates a scanner to do the radiograph digitization for later processing. The processing tools available are: magnification and reduction, contrast and brightness, negative image, pseudo colorization and histogram equalization. The system was tested by fourteen dentists, from the radiologic area, that answered a questionary. The results have shown its usefulness in helping the diagnosys, also that it is user friendly and can run on very low cost equipment Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado

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

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Jose Wilson Magalhães Bassani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A padronização é uma importante ferramenta gerencial, sendo de grande importância na melhoria da qualidade do controle de serviços. Neste trabalho é tratada a padronização de informações em um sistema de gerenciamento de manutenção de equipamentos médico hospitalares. Descreve-se o sistema informatizado de gerenciamento atual do CEB-UNICAMP (chamado PEND), e um sistema integrado atualmente em desenvolvimento (SIGMA-EH) que deverá interligar informações de diversos núcleos de engenharia clínica em uma base de dados comum e robusta. A padronização aparece como base para possibilitar a conexão dos núcleos e é realizada de três formas: na abrangência do sistema, em sua estrutura e em suas informações. O sistema permitirá análises visuais rápidas antes mesmo do processamento dos dados. A padronização proposta foi implementada no protótipo do SIGMA-EH disponível no CEBUNICAMP. Espera-se ganhar em confiabilidade e melhoria da qualidade da informação para o gerenciamento da manutenção de forma eficaz, por meio da padronização por estados e trajetórias (usando como substrato uma máquina de estados finitos) e telas detalhadas com campos de preenchimento bem definidos e listas de seleção padronizadas. Abstract: Standardization is an important management tool, being of great importance for the improvement of the quality control of many services. In this thesis it is shown the standardization of the information in the management of a health care equipment maintenance system. It is described the current computerized management system of CEB-UNICAMP (called PEND) and an integrated computerized system currently under development (SIGMA-EH) that shall link information from several clinical engineering services in a common and robust database. Standardization is the basis to allow centers connectivity and is carried out in three ways: system scope, its structure and centers information. The management system will allow quick visual analyses even before data processing. The proposed standardization has been implemented in the SIGMA-EH prototype available at CEB-UNICAMP. It is expected a gain on the system reliability and improvement on the quality of information for the efficacy of maintenance management for medical equipment through the standardization of states and trajectories (using the support of a finite states machine) and the use of screens with well defined filling fields and standardized selection lists. 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

Orientadores: Maria Adelia Collier Farias, Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica Resumo: Neste trabalho apresenta-se o projeto e a construção de uma Unidade Processadora de um Monitor de Arritmias e Pressão Arterial Para Uso em Unidades de Terapia Intensiva. O Instrumento é baseado no microprocessador Z80A, e acopla-se a uma Unidade de Acondicionamento que capta e amplifica os sinais de eletrocardiograma (ECG) e pressão arterial e determina o Instante de ocorrência da onda R do ECG. A Unidade Processadora fornece a freqüência cardíaca, e procura detectar as seguintes arritmias cardíacas: bradicardia, taquicardia, assístolia, fibrilação ventricular, falha de batimento, extra-sístoles ventriculares, fenômeno R-sobre-T, bigeminismo, extra-sístoles acopladas, extra-sístoles ventriculares Interpoladas e extra-sístoles atriais. A detecção das arritmias é feita apenas com base no comportamento dos Intervalos entre sucessivas ondas R (intervalos R-R). Também são fornecidos os seguintes dados relativos à pressão arterial: pressão sist611ca, pressão diast61ica, pressão média e pressão média durante a sístole. A simplicidade e o baixo custo do monitor o tornam apropriado para uso em hospitais de pequeno porte que não têm condição de investir na aquisição de unidades mais sofisticadas Abstract: Not informed. Mestrado

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Ricardo Grossi Dantas Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O diagnóstico médico por ultra-som vem sendo amplamente difundido, tornando-se referência em muitos exames clínicos, destacando-se as imagens em modo-B, capazes de representar a anatomia de tecidos e órgãos de forma não-invasiva, em tempo real e sem a utilização de radiação ionizante. Entretanto, o speckle, artefato inerente aos sistemas que utilizam fontes coerentes como nos sistemas de ultra-som, degrada a qualidade das imagens, podendo reduzir bastante a capacidade de detecção de lesões pelo médico. A caracterização de tecidos por ultra-som visa extrair informações de relevância clínica sobre as reais características da estrutura biológica sob investigação e que não podem ser facilmente percebidas por inspeção visual. Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo entre os principais modelos de distribuição estatística encontrados na literatura e adotados na caracterização de tecidos por ultra-som. Foram utilizadas funções densidade de probabilidade que melhor representassem o padrão de brilho existente em uma dada região de uma imagem. Os resultados indicaram a versatilidade da distribuição Composta (K-Nakagami) em modelar diferentes condições de espalhamento existentes nos tecidos, mostrando-se uma forte candidata para a caracterização de tecidos por ultra-som. Entretanto, usando o conceito de espalhadores equivalentes, pôde ser mostrado que a abordagem estatística utilizada não fornece parâmetros quantitativos conclusivos sobre a estrutura investigada, mas uma contribuição conjunta de vários fatores, entre eles a densidade e a distribuição de amplitudes dos espalhadores acústicos Abstract: Ultrasound medical diagnosis has been widely used and has become a reference in many clinical examinations, especially B-mode imaging, capable of representing tissue and organ anatomy without ionizing radiation in a non-invasive way and in real-time. However, speckle, an inherent artifact of systems that use coherent sources like ultrasound systems, degrades image quality, leading to subjective and possibly misleading diagnostics. Ultrasonic tissue characterization aims to extract clinical relevant information of the biological structure characteristics under investigation and that cannot be easily achieved by visual inspection. In this dissertation it was carried out a comparative study of the most popular models of statistics distributions found in literature and commonly adopted in ultrasonic tissue characterization. It has been used probability density functions that better represented the brightness pattern of a given region of an ultrasound image. The results indicated the versatility of the Compound distribution (K-Nakagami) in modeling different scattering conditions of tissues, revealing itself a good model for use in ultrasonic tissue characterization. However, using the concept of equivalent scatterers, it could be shown that the statistics approach does not supply conclusive quantitative parameters of the structure under investigation, being a joint contribution of many factors such as density and amplitude distribution of the acoustic scatterers Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Lincoln de Assis Moura Junior, Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: A correção cirúrgica da taquicardia ventricular recorrente (TVR) -um tipo de arritmia que pode levar à morte súbita - envolve inicialmente o mapeamento das superfícies cardíacas (endocárdio e epicárdio) à procura do foco ectópico, o local que apresenta a mais precoce ativação elétrica no ciclo de despolarização. o mapeamento convencional é feito durante cirurgia a peito aberto, pelo do uso de um único eletrodo manipulado pelo cirurgião. O estudo completo da superfície cardíaca pode durar mais que uma hora. Isto significa que a TVR deve ser mantida durante toda a investigação, além de exigir a realização de uma incisão na parede ventricular (ventriculotomia) como acesso ao endocárdio, configurando este tipo de mapeamento como um procedimento de alta morbidade para o paciente. Está em desenvolvimento no InCor-HCFMUSP um método baseado em microcomputador destinado à leitura da atividade elétrica em até 256 pontos espalhados na superfície epicárdica e endocárdica. Por meio deste sistema espera-se que o processo de mapeamento elétrico do coração seja menos deletério ao estado hemodinâmico do paciente em relação ao método convencional. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um conjunto de programas que amostra o sinal elétrico e identifica o evento "despolarização elétrica" num conjunto de até 256 trechos de sinais (correspondentes a 256 canais) captados simultaneamente por eletrodos de superfície (montados em balões infláveis intra-ventriculares para o endocárdio, e em malha flexível para o epicárdio). O conjunto de sinais é processado em função do atraso da onda de despolarização relativo a um referencial distante, gerando uma tabela de tempos de despolarização. A partir desta informação temporal e da informação anatômica relativa à distribuição espacial dos eletrodos, são construídos mapas de potenciais da superfície monitorada. Estes mapas, que consistem em imagens digitalizadas do sensor utilizado, têm uma representação do atraso da onda de despolarização em cada região pelo uso de escala de cores. A cada mapa de potenciais é sobreposta a "animação" da frente de onda de despolarização, permitindo o reconhecimento imediato da área cardíaca de onde se originou o estímulo elétrico Abstract: Surgical correction of Recurrent Ventricular Tachycardia (RVT) - a condition that can lead to sudden death - involves mapping the whole heart surface (epicardium and endocardium) in the search for the ectopic focus, the site that shows the earliest electrical activation. The mapping is usually performed under open-heart surgery and typically involves the use of a single probe electrode placed onto the surgeon's fingertip. Scanning the whole heart surface can take more than an hour. ,This process not only requires RVT to be sustained throughout the investigation but also requires a ventricle incision (ventriculotomy) so that the surgeon can access and map the endocardium. At InCor - São Paulo Heart Institute- a microcomputer-based system that can read the electrical activation of up to 256 points of the heart simultaneously is under development. Such a system includes two sets of electrodes: a sock for mapping the epicardium and a balloon for mapping the left ventricle's endocardium. The LV balloon is inserted into the ventricle via atrium and then inflated thus avoidingventriculotomy. The electrical signal generated at the sets of electrodes is input to the microcomputer through a fast analog-to-digital converter at a rate ofup to 1,000 samples per second per channel. This thesis deals with the design and implementation of ali software routines used by InCor's mapping system after signal acquisition. The software developed and described in this thesis, allows signals to be viewed, selected and processed so that the depolarization wave at every electrode is automatically detected. From this data set, 3D maps showing the timing of the electrical activation are generated and displayed under user interaction, allowing the fast and accurate localization of the ectopic focus. The system includes facilities for viewing and processing selected sets of channels as well as generating dynamicmaps of electricalactivation (animation) Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: Foi desenvolvido um programa para simular o circuito pulmonar de um paciente com suporte ventilatório. O Simulador da Ventilação Pulmonar (SIMVEP) é um programa para ser executado sob o ambiente operacional MS Windows e torna-se ferramenta para treinamento de profissionais ligados à ventilação pulmonar artificial (médicos, enfermeiros e fisioterapeutas entre outros). A execução do programa é em tempo real permitindo que a cada ação do usuário sob o sistema (por exemplo, alterando parâmetros do ventilador), resultados desta ação sejam apresentados na tela imediatamente. Estes resultados são gráficos com as curvas de pressão, fluxo e volume e os seguintes valores calculados: pressão proximal de pico, pressão alveolar de pico, trabalho, relação tempo inspiratórioltempo expiratório, constantes de tempo das unidades pulmonares esquerda e direita Abstract: It has been developed a computer program to simulate a patient pulmonary circuit under ventilatory support. The Pulmonary Ventilation Simulator (SIMVEP) runs under MS Windows and is a useful tool for trainning ali the professionals linked to artificial ventilation (physicians, nurses and physiotherapists, amongst others). The real time execution of SIMVEP allows its user to immediatly see the results of any change in the ventilation parameters. SIMVEP on screen results are pressure, volume and flow curves and the following calculated values: peak proximal pressure, peak alveolar pressure, work, inspiratory time, inpiratory/expiratory time relation and right and left pulmonary ventilation units time constants Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores : Eduardo Tavares Costa, Eduardo Moacyr Krieger Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Doutorado

Orientador: Eduardo Tavares Costa, Rosana Almada Bassani Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Nos últimos anos, o uso do ultrassom em diagnóstico e terapia vem crescendo e novas técnicas vêm sendo aprimoradas e desenvolvidas para novos tipos de aplicações, como por exemplo, em tratamento alternativo de insuficiência cardíaca. O objetivo deste trabalho foi investigar efeitos biológicos (in vitro e in vivo) em decorrência de exposição do coração de ratos a ondas ultrassônicas (frequência central 1 MHz), a fim de identificar padrões de estimulação que possam ser deletérios ou que possam ser usados terapeuticamente para distúrbios do ritmo cardíaco. Nos experimentos in vitro 7 corações isolados perfundidos de ratas, foram estimulados por 30 s com bursts de intensidade variando entre 0,6 até 8,00 W. Foi observado efeito cronotrópico negativo (sem efeito inotrópico) mais consistente (15-20%) na frequência de estimulação de 3 Hz e intensidades entre 0,62 até 5,54 W, porém este efeito foi transitório e não dependeu do duty cycle utilizado. Observaram-se arritmias na presença do ultrassom, mas não houve variação significativa de temperatura. Nos experimentos in vivo foram utilizadas 20 ratas, os corações foram estimulados por 10 s com bursts de 2-3 MPa. Os experimentos in vivo foram divididos em 5 grupos cada um composto de 5 animais: 1) preliminar; 2) controle ultrassom; 3) ultrassom; 4) controle vagotomizado e 5) ultrassom vagotomizado. No grupo preliminar dos experimentos observou-se o efeito cronotrópico negativo do ultrassom (redução de ~7 % da frequência cardíaca basal logo após a aplicação do ultrassom), relatado previamente. Para os demais grupos, em que se tentou determinar uma possível variação na pressão arterial e a influência do sistema parassimpático sobre o efeito cronotrópico negativo, não foram observadas variações significativas das variáveis estudadas. Estudos adicionais são necessários para esclarecimento dos efeitos da aplicação do ultrassom de alta potência sobre o coração de ratos Abstract: In recent years, the use of ultrasound in diagnosis and therapy is increasing and new techniques have been improved and developed for new applications as, for instance, in alternative treatment of heart failure. The goal of this study was to investigate the biological effects (in vitro and in vivo) on rat heart of ultrasound waves (1 MHz center frequency) in order to identify stimulatory patterns that may be damaging or that may be used therapeutically for heart rhythm disturbances. In the in vitro experiments, 7 isolated perfused rat hearts, were stimulated with ultrasound bursts for 30 s and intensity ranging from 0.6 to 8 W. Negative chronotropic effect was observed (without inotropic effect) more consistently (15-20%) at the stimulatory frequency of 3 Hz with intensities of 0.62 to 5.54 W but this effect was transient and not dependent on the duty cycle used. We observed arrhythmia in the presence of ultrasound, but no significant variation in temperature. In the in vivo experiments 20 rat hearts were stimulated for 10 s with ultrasound bursts of 2-3 MPa. The experiments were divided into five groups each consisting of 5 animals: 1) preliminary, 2) ultrasound control, 3) ultrasound, 4) vagotomy, control and 5) vagotomy, ultrasound. The preliminary group of experiments, we observed the negative chronotropic effect of ultrasound (~ 7% decrease in heart rate immediately after application of ultrasound), previously reported. In the other groups, in which we have tried to determine the possible variation in blood pressure and the influence of the parasympathetic system on the negative chronotropic effect, there were no significant changes in the variables studied. Additional studies are needed to clarify the effects of high power ultrasound application on rat heart Doutorado Engenharia Biomédica Doutora 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

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, André Oliveira Sawakuchi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O uso de radiação ionizante é cada vez mais intenso, seja na indústria seja na área médica. Os efeitos nocivos da radiação ionizante exigem medidas de segurança na sua utilização e um dos meios mais comuns para proteção da saúde do operador de equipamentos que usam esta radiação é o controle da dose que este pode receber em determinado período de tempo. Para tal controle, são normalmente utilizados dosímetros pessoais. Estudos sobre datação de sedimentos costeiros e fluviais do Brasil têm encontrado tipos específicos de quartzo com excelentes características dosimétricas. Com o objetivo de analisar as propriedades dosimétricas de amostras de quartzo de elevada sensibilidade de luminescência e avaliar a sua possível utilização na dosimetria pessoal, foram feitos testes comparativos com amostra do principal e mais utilizado dosímetro pessoal do tipo OSL (Optically Stimulated Luminescence), o Al2O3:C. Este trabalho apresenta as características de luminescência de amostras de quartzo. Essas características foram determinadas por testes de recuperação de dose conhecida (dose recovery) por meio de protocolo de alíquota única (Single-Aliquot Regenerative ¿ SAR) em amostras irradiadas por fonte de radiação beta. Foram realizados testes de sensibilidade e de estabilidade do sinal OSL e testes com radiação gama. Os resultados mostraram que as amostras de quartzo estudadas foram capazes de recuperar com exatidão doses de 50 mGy a 50Gy. Estimou-se que as amostras de quartzo saturam em doses (114-175 Gy) superiores à dose de saturação da amostra de Al2O3:C (35 Gy). A dose mínima capaz de ser medida pelas amostras de quartzo variou de 0,2 mGy (para radiação gama) a aproximadamente 20 mGy (para radiação beta). As amostras de quartzo não apresentaram fading do sinal OSL. O sinal OSL ultravioleta da amostra de Al2O3:C cresceu com o tempo. A amostra de Al2O3:C apresentou maior sensibilidade em comparação às amostras de quartzo no teste com radiação beta. A sensibilidade da amostra de quartzo TE65B no teste com radiação gama foi superior à sensibilidade da amostra Al2O3:C. Estes resultados indicam que as amostras de quartzo estudadas têm potencial como material para dosímetros e incentivam estudos mais aprofundados para avaliar o uso destes tipos de quartzo como elementos sensores em dosímetros pessoais Abstract: The use of ionizing radiation is becoming more intense, whether in industry or in the medical field. The harmful effects of ionizing radiation require safety measures in its use. One of the most common ways to protect the health of the operator of ionizing radiation equipment is the dose control that he/she can receive in a given time period. Personal dosimeters are used for this purpose. Studies on dating of coastal and fluvial sediments in Brazil have found quartz types with very high luminescence signal and excellent dosimetric characteristics. In order to analyze the dosimetric properties of very bright Brazilian quartz samples and evaluate their use in personal dosimetry, comparative tests with the most used personal OSL (Optically Stimulated Luminescence) dosimeter, Al2O3:C, were made. This work presents the luminescence characteristics of quartz samples. These characteristics were determined by dose recovery tests using a Single-Aliquot Regenerative dose protocol (SAR) in samples irradiated by beta radiation. Sensitivity and stability tests and gamma radiation tests were made. The results have shown that the studied quartz samples were able to recover at least a dose range from 50 mGy to 50 Gy. It was estimated that the quartz samples saturate in doses (114-175 Gy) above the saturation dose of Al2O3:C sample (35 Gy). The minimum dose capable of being measured by the quartz samples ranged from 0.2 mGy (for gamma rays) to about 20 mGy (for beta radiation). The quartz samples showed no fading of the OSL signal. The ultraviolet OSL signal of Al2O3:C sample increased with time. The Al2O3:C sample showed higher sensitivity compared to quartz samples in beta radiation test. However, the sensitivity of TE65B quartz sample for the gamma radiation test was higher than the sensitivity of the Al2O3:C sample. These results indicate that the studied quartz samples have potential as dosimeter material and encourage further studies to evaluate the use of this type of quartz as sensor element in personal dosimeters Mestrado Engenharia Biomédica Mestra em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Cost, Marden Leonardi Lopes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Os scanners ultra-sônicos atuais oferecem ferramentas específicas para estudos de Ecocardiografia do Miocárdio por Contraste de Microbolhas (ECM) e apesar do potencial comprovado para a análise quantitativa não invasiva da perfusão miocárdica, seu uso se restringe praticamente à interpretação qualitativa (visual) das imagens clínicas. O objetivo desta tese foi desenvolver e criar uma aplicação stand-alone multiplataforma baseada nos algoritmos criados por Lopes (2005) e implementados em seu protótipo MCEToolRS. A aplicação proposta, denominada JMCETool, tem como principais características ser de fácil utilização e não comprometer a precisão, exatidão e robustez nos processos que envolvem a quantificação da perfusão miocárdica. Assim como no protótipo desenvolvido, os principais algoritmos do processo de quantificação são: o alinhamento automático baseado em Template Matching, técnicas de busca rápida e correlação; a colocação automática das ROIS sobre a parede do miocárdio; e a quantificação da perfusão miocárdica. Entre as diferenças do protótipo desenvolvido em Matlab® e da aplicação desenvolvida em Java, destacam-se a criação de uma interface mais amigável ao usuário, a implantação de uma arquitetura de software, melhor tratamento de exceções e uma nova forma de correção manual do alinhamento das imagens. A aplicação foi testada com 15 seqüências de ECM (288 imagens), sendo 14 seqüências provenientes de estudos com animais e uma proveniente de estudos com humanos. Os resultados obtidos são comparáveis aos obtidos por Lopes (2005), testes quantitativos demonstraram precisão média no processo de alinhamento de 1 pixel (para translação) e 1 grau (para rotação), com exatidão aproximada de ± 1 pixel e de ± 1 grau. Abstract: Current commercial ultrasound scanners incorporate tools for Myocardial Contrast Echocardiography (MCE) and techniques which have a great potential for non-invasive quantitative myocardial perfusion analysis, although its use is practically restricted to qualitative (visual) reading of clinical data. The objective of this thesis was to create a new easy-to-use multiplatform standalone application for quantification of myocardium perfusion in a MCE sequence of images based on the algorithms developed by Lopes (2005) and their implementation, the prototype, called MCEToolRS. The main objective of the proposed application, called JMCETool, is the execution of these algorithms with no loss of precision, accuracy and robustness of the quantification process, compared to the first prototype. The main algorithms of the quantification process are: the automatic alignment, based on Template Matching, fast search algorithms and correlation; the automatic ROI's placement over the myocardium wall; and the quantification of myocardium perfusion. Among other features, compared to the prototype, the application JMCETool handles the algorithms exceptions and has a more user-friendly interface, including changes in the interface for manual alignment. Fifteen MCE sequences (288 images) were used during the application trials. Fourteen out of fifteen sequences belong to studies with animals (dogs) and only one belongs to studies with humans. Performance tests demonstrated that our results were similar to those of Lopes (2005), 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. 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: Novas tecnologias e sistemas de detecção de radiação para a geração de imagens radiográficas odontológicas vêm sendo disponibilizados como alternativa aos filmes radiográficos. Sistemas baseados em tecnologia do tipo PSPL parecem superar algumas das restrições encontradas nos sistemas baseados em tecnologia CCD, tais como volume do detector, cabos de conexão, tamanho limitado da imagem e limitação da latitude. É importante que seja possível comparar sistemas de imagem concorrentes (diferentes tecnologias ou diferentes fabricantes com mesma tecnologia), utilizando ferramentas e protocolos de controle e certificação de qualidade. Foi desenvolvido um pacote computacional e um conjunto de simuladores e foi realizada a análise de dois sistemas comerciais baseados na tecnologia PSPL, de forma a validar o sistema desenvolvido. O programa desenvolvido permite obter e analisar: curva sensitométrica, função de transferência de modulação (MTF), densidade espectral de potência (NPS), quanta equivalente de ruído (NEQ) e eficiência na detecção de quanta (DQE). Os resultados mostraram que o pacote computacional e o conjunto de simuladores permitem realizar o controle de qualidade de sistemas de radiografia digital odontológica de maneira quantitativa e objetiva, facilitando a análise comparativa entre diferentes sistemas comerciais. Palavras-chave: Radiologia digital odontológica, controle de qualidade em radiodiagnóstico, curva sensitométrica, detecção equivalente de quanta, função de transferência de modulação, densidade espectral de ruído, quanta equivalente de ruído. Abstract: New systems and technologies for radiation detection intended for dental radiology have become available as an alternative to dental radiographic film. Systems based on PSPL technology seems to overcome some of the restrictions of systems based on CCD technology such as the bulky detector, connecting wire, limited image size and limited exposure latitude. It is important that competing imaging systems can be compared (different technologies or different manufacturers of the same technology) by means of quality control tools and quality certification protocols. A software package and a set of specific phantoms were developed and the analyses of two competing PSPL systems were conducted to validate the developed system. The software allows the user to obtain and analyze: the characteristic curve, modulation transfer function (MTF), noise power spectrum (NPS), noise equivalent quanta (NEQ) and detective quantum efficiency (DQE). The results have shown that the developed software and phantom set allow quality control of digital dental radiology systems in a very objective and quantitative way, facilitating comparative analysis of competing commercial systems. Keywords: Digital dental radiology, quality assurance in radiodiagnostic, characteristic curve, detective quantum efficiency, modulation transfer function, noise power spectrum, noise equivalent quanta. Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Gabriela Castellano Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Em geral, processos patológicos tais como as transformações neoplásicas das células tendem a alterar a magnitude da organização estrutural do tecido pela reorganização ou destruição de elementos membranosos ou por alterações de celularidade. Tais alterações reetem na mobilidade dos prótons que pode ser avaliada por imagens poderadas por difusão (DW), a partir das quais são obtidos os mapas de Coeficiente Aparente de Difusão (ADC), que expressam a magnitude da difusão das moléculas de água em pontos de uma determinada região de interesse (ROI). O presente estudo teve por objetivo principal explorar a utilização destes mapas na diferenciação, em 2D e 3D, entre tecidos cerebrais sadios de indivíduos controle e tecidos tumorais de pacientes acometidos por glioblastoma multiforme ou meningeoma, dois tipos de tumores cerebrais de grande incidência e que podem, dependendo da localização, serem confundidos entre si em imagens de ressonância magnética (RM) estruturais. Secundariamente, foi avaliada a inuência da posição das ROIs 3D usadas para calcular os valores de ADC de controles, e também a inuência (nos valores de ADC destes indivíduos) de incluir ou excluir os ventrículos laterais destas ROIs. Os mapas de ADC foram calculados a partir de imagens de RM ponderadas por T2 e difusão, utilizando uma rotina computacional desenvolvida em estudos anteriores. A partir destes mapas, verificou-se que em 2D as médias dos valores de ADC encontrados para glioblastomas, meningeomas e tecidos sadios do grupo controle foram, respectivamente, 2,6x 10-4 mm2/s, 4,88x 10-4 mm2/s e 8,99x 10-4 mm2/s, com valor de p < 0; 05, indicando a existência de diferenças estatisticamente significantes entre os grupos, confirmadas através de um teste ANOVA e da análise de Bonferroni. Nas análises 3D, as médias de valores de ADC obtidas para os mesmos três grupos foram respectivamente 2,83 x 10-4 mm2/s, 5,37 x 10-4 mm2/s e 9,27 x 10-4 mm2/s. Um teste ANOVA realizado entre os grupos controle e os dois grupos de pacientes demonstrou haver diferenças significantes entre eles (p < 0; 05). A análise de Bonferroni confirma a distinção entre tecidos cerebrais sadios de indivíduos controle e glioblastomas, mas aponta para a indistinção entre tecidos cerebrais sadios e meningeomas. A análise dos valores de ADC 3D do grupo controle com e sem presença de porções dos ventrículos laterais nas ROIs mostrou que pequenas porções de ventrículos não interferem significativamente na possibilidade de distinção entre tecidos cerebrais sadios e os tumores estudados Abstract: In general, pathologic processes, such as neoplasic cell changes, tend to alter the magnitude of structural organization by destruction or reorganization of membranous elements or by a change in cellularity. These changes will also have an impact on proton mobility, which can be followed up by Diffusion-Weighted Imaging (DWI). From DWI is obtained the ADC (Apparent Diffusion Coefficient) map, which is a representation of the magnitude of water diffusion at points of a given region of interest (ROI). The present study explored the use of 2D and 3D ADC maps for the distinction between healthy brain tissue of controls and tumor tissue of patients with glioblastoma multiforme or meningioma. These high-incidence brain tumors can be confused in structural MR images. Secondarily, we evaluate the inuence of ROI location in the brain regarding ADC control values, and the inuence of position of 3D ROIs used for calculate ADC values of controls and evaluate the effect of inclusion or exclusion of lateral ventricles in these ROIs. ADC maps were calculated from MRI T2 and DWI using a computational tool developed in previous studies. From the 2D ADC maps, the mean ADC values found for glioblastomas, meningiomas and healthy brain tissue were 2.6 x 10-4 mm2/s, 4.88 x 10-4 mm2/s and 8.99 x 10-4 mm2/s, respectively. The analysis of variance (ANOVA) resulted in p-value < 0; 05, indicating the existence of significant differences between these groups, confirmed by using of the Bonferroni analysis. In the 3D analysis, the mean ADC values obtained for the same three groups were respectively 2.83 x 10-4 mm2/s, 5.37 x 10-4 mm2/s and 9.27 x 10-4 mm2/s. The ANOVA resulted in p-value < 0:05. In this case, the Bonferroni analysis confirms the distinction between healthy brain tissue and glioblastoma, but points to the difficulty of distinction between healthy brain tissue and meningioma. The analysis of 3D ADC values in the control group with and without the presence of portions of the lateral ventricles in the ROIs showed that small amounts of the ventricles does not significantly interfere with the ability to distinguish between healthy brain tissue and tumors studied Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Francisco Ubaldo Vieira Júnior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Circulação extracorpórea é um processo no qual o sangue circula externamente ao corpo com o intuito de manter a oxigenação e o fluxo do sangue adequados durante a realização de determinados procedimentos cirúrgicos; para realizá-la é utilizado um conjunto de técnicas e equipamentos cuja função é substituir temporariamente o coração e os pulmões. Contudo, a circulação extracorpórea é percebida pelo organismo como um agente agressor e um dos principais parâmetros relacionados aos danos que ela provoca é a hemólise. O uso de bombas propulsoras é um dos causadores de hemólise em procedimentos envolvendo circulação extracorpórea e um dos principais tipos de bombas propulsoras é a bomba de roletes. A hemólise provocada pelo uso de bomba de roletes é devida principalmente ao grau de oclusão utilizado. Há dois métodos geralmente utilizados para calibração da bomba de roletes: o método de velocidade de queda e o método de calibração dinâmica. Nesse trabalho é proposto um dispositivo para auxiliar o perfusionista a ajustar bombas de roletes por um método menos oclusivo, a calibração dinâmica. O dispositivo é baseado em um microcontrolador PIC 18F4523 e é utilizado em conjunto com transdutores de pressão descartáveis normalmente utilizados em procedimentos cirúrgicos. Foram determinadas as curvas características de três transdutores de pressão na faixa de 0 a 1000 mmHg. Os resultados das calibrações realizadas com o protótipo desenvolvido foram comparados com os resultados obtidos com uma placa de aquisição de dados comercial. Dois, dos três transdutores, foram submetidos a testes de fadiga e um foi mantido como referência. Para validação do dispositivo, sendo utilizado para realizar calibração dinâmica, foram testados ajustes em 150, 250, 350, 450 e 500 mmHg. Em cada ajuste foram realizadas 8 medições simultâneas de pressão média de calibração dinâmica com o dispositivo e com uma placa de aquisição de dados comercial. Após a realização de todos os testes, os transdutores foram novamente caracterizados. As curvas características dos três transdutores obtidas na caracterização inicial mostraram igualdade estatística (p > 0,05). Após os testes de fadiga não foram observadas alterações nas respostas dos transdutores de pressão no início e após a realização dos testes, nos mesmos pontos de pressão (p > 0,05). As medidas de pressão de calibração dinâmica realizadas com o protótipo apresentaram igualdade estatística (p > 0,05) para toda a faixa de pressão testada, quando comparados com os respectivos resultados obtidos com a placa de aquisição de dados. Conclui-se que os transdutores utilizados atualmente em procedimentos cirúrgicos podem ser utilizados na calibração dinâmica sem perdas de características e que o dispositivo construído pode ser utilizado em ambiente operatório para ajustes de bombas de roletes pelo método de calibração dinâmica Abstract: Cardiopulmonary bypass is a procedure in which blood circulates outside the body in order to maintain oxygenation and blood flow conditions during the performance of certain surgical procedures; for this procedure, it is used a set of equipments whose function is to temporarily replace the heart and lungs. However, the cardiopulmonary bypass is perceived by the body as an aggressor agent and one of the main parameters related to the damage it causes is hemolysis. The use of driving pumps is a cause of hemolysis in procedures involving cardiopulmonary bypass and one of the main types of driving pumps is the roller pump. Hemolysis caused by the use of roller pump is mainly due to the degree of roller occlusion used. There are two methods commonly used for adjusting the roller pump: the method of drop rate and the dynamic calibration method. In this work, we developed a device to assist the perfusionist adjust roller pumps by a less occlusive method, the dynamic calibration method. The device is based on a PIC 18F4523 microcontroller and is used in conjunction with disposable pressure transducers commonly used in surgical procedures. We have characterized three pressure transducers in the range of 0 to 1000 mmHg. Calibration results obtained with the prototype were compared with those obtained with a data acquisition board. Two of the three transducers were submitted to fatigue tests and one was kept as a reference. To validate the constructed device, being used to perform dynamic calibration, adjustments were at 150, 250, 350, 450 and 500 mmHg, in each set were performed eight simultaneous measurements of dynamic calibration mean pressure with the device and with a data acquisition board. After all tests were conducted, the transducers were re-characterized. The three characteristic curves obtained in the initial characterization showed statistically equivalence (p > 0.05) among themselves. After the fatigue tests no changes were observed in the responses of pressure transducers in the beginning and in the end of the tests, at the same pressure points (p > 0.05). Measurements of dynamic calibration pressure obtained with the prototype showed statistically equivalence (p > 0.05) throughout the tested pressure range, when compared with the results obtained with the data acquisition board. We conclude that the transducers currently used in surgical procedures may be used for dynamic calibration without losing their characteristics and that the constructed device can be used in surgery to adjust the roller pumps by the dynamic calibration method Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Sergio Santos Mühlen Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A sociedade de hoje vive a era do conhecimento e das inovações e as dúvidas e incertezas aparecem como desafios para a consolidação de tecnologias e o estabelecimento de requisitos técnicos para a sua segurança. Surgem novos materiais, técnicas e procedimentos médicos que trazem consigo as incertezas associadas. Fabricantes, hospitais e usuários são desafiados pela inovação a usufruir dos benefícios das novas tecnologias em troca de um risco, muitas vezes, desconhecido. O gerenciamento de risco é a ferramenta de gestão mais apropriada para a manutenção do desempenho dos equipamentos eletromédicos e a segurança do paciente. A determinação do risco, a avaliação, implementação de eventuais controles e monitoramento necessitam de adaptações para atender à demanda de cada contexto e cenário de risco por todo o ciclo de vida da tecnologia empregada em equipamentos eletromédicos. Nesta tese é apresentado o desenvolvimento de uma ferramenta metodológica para a determinação do risco de interferência eletromagnéticas causadas por rádio frequência (RF), que possibilite a consolidação do uso da tecnologia eletrônica na área da saúde, destacando a relação e a interação entre as partes envolvidas, a saber: os usuários, os fabricantes e os hospitais. A ferramenta, baseada na abrangência da técnica de determinação de risco bow-tie combinada com a objetividade da lógica fuzzy, foi construída e condicionada ao contexto específico da Engenharia Clínica, garantindo a efetividade na condução do processo de gerenciamento de risco para a tomada de decisão quanto à implementação de controles adicionais nas instalações ou na adoção de procedimentos de manutenção e acompanhamento da tecnologia. A aplicação da ferramenta por meio de estudo de caso, em hospitais localizados na proximidade de estações de radiodifusão, gerou evidências de que o atendimento aos requisitos de segurança e eficácia exigidos no controle regulatório no pré-mercado necessita de tratamentos adicionais para os riscos residuais que, por sua vez, necessitam a vigilância pós-mercado com a participação mais ativa e presente da Engenharia Clínica. Por fim, e apresentada a identificação de cenários de riscos e são discutidos os procedimentos e as medidas de controle alternativas para a manutenção da segurança eletromagnética, considerando a diversidade de ambientes e as variedades de equipamentos eletromédicos Abstract: Today's society lives in the era of knowledge and innovations, and doubts and uncertainties appear as challenges to the consolidation of technologies and the establishment of technical requirements for their safety. New materials, techniques, and medical procedures emerge and bring with them the associated uncertainties. Manufacturers, hospitals and users are challenged by innovation to enjoy the benefits of new technologies in exchange for an often- unknown risk. Risk management is the most appropriate management tool for maintaining the performance and safety of electromedical equipment and patient safety. The determination of risk, its assessment, implementation of possible controls, and follow-up monitoring require adaptation to meet the demands of each context and risk scenario throughout the life cycle of the technology employed in electromedical equipment. It is presented in this thesis the development of a methodological tool for the determination of the eletromagnetic interference risk by radiofrequency RF to allow the safe use of electronic technology in health care, highlighting the relationship and interaction between the parties involved, namely: users, manufacturers and hospitals. The tool, based on the comprehensiveness of the bow-tie risk determination technique combined with the objectivity of fuzzy logic, was built and conditioned to the specific context of Clinical Engineering, ensuring the effectiveness in conducting the risk management process for decision making, regarding the implementation of additional controls in the facilities or the adoption of procedures for maintenance and monitoring of the technology. The application of the tool by means of a case study, in hospitals located in the proximity of broadcasting stations, generated evidence that meeting the safety and efficacy requirements demanded in the pre-market regulatory control needs additional treatment for the residual risks, which, in turn, need a post-market surveillance with the more active and present participation of Clinical Engineering. Finally, the identification of risk scenarios is presented and alternative procedures and control measures for maintaining electromagnetic safety are discussed, considering the diversity of environments and the varieties of electromedical equipment Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Francisco Ubaldo Vieria Junior, Jacobus Willibrordus Swart Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Introdução: a Fibrose Cística é uma doença atualmente crônica, de causa genética, que altera o funcionamento das células de vários órgãos, provocando comorbidades que podem levar a óbito. Propor meios que garantam o diagnóstico precoce é fundamental. O teste do suor, exame laboratorial classificado como padrão-ouro, é essencial no diagnóstico da Fibrose Cística cujo protocolo prevê a dosagem de cloretos no suor. A colorimetria, um método quantitativo utilizado na dosagem de cloretos, não está prevista na regulamentação nacional para a aplicação no teste do suor, diferentemente da titulometria, coulometria e condutometria. Na técnica colorimétrica, um espectrofotômetro de luz visível mede a absorbância das amostras de suor adicionadas a um reagente específico. A quantidade de luz absorvida possui relação direta à concentração de cloretos no suor. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um espectrofotômetro portátil, de baixo custo e dedicado ao diagnóstico de Fibrose Cística, a ser utilizado em novo procedimento para coleta e diluição direta em reagente colorimétrico. Métodos: foi desenvolvido um sensor utilizando a técnica de prototipagem rápida em resina fotopolimerizante por tecnologia de processamento digital de luz na confecção de um sensor. A partir de componentes de baixo custo disponíveis no mercado nacional e internacional foi montado um equipamento dedicado para a medição de absorbância pelo método colorimétrico. Os testes do dispositivo foram realizados utilizando dois protótipos a partir de sete concentrações diferentes de solução similar ao suor (18-20; 30-34; 45-50; 55-60; 75-80; 85-90 e 105-110) mEq/L em cinco medidas em diferentes ordens (crescente, decrescente e aleatórias), totalizando 105 medições. Os resultados foram comparados com um espectrofotômetro comercial. Para a construção da proposta de procedimento, utilizou-se a técnica de delineamento de experimento. Foram utilizadas as variáveis: temperatura; concentração; área do papel e volume de solução similar ao suor. O papel filtro qualitativo Whatman® n°1 tinha as dimensões de 20 x 10 mm, 20 x 25 mm, 20 x 15 mm e 20 x 30 mm para absorver volumes de solução similar ao suor com concentrações de 32,0 e 77,50 mEq/L e volumes de 20, 40 e 100 µL. Resultados: os equipamentos apresentaram linearidade (R2>0,99) na dosagem e tiveram os resultados estatisticamente significantes quando comparados à referência (P0.99) in the dosage and had statistically significant results when compared to the reference (P

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A fotografia Kirlian, ou kirliangrafia, consiste na fotografia do Corona, efeito luminoso provocado pela ionização do ar devido à aplicação de campos elétricos de alta tensão em objetos, geralmente as pontas dos dedos humanos ou folhas de plantas. Muitos estudos têm difundido essa técnica no contexto das terapias alternativas, como aplicável para o diagnóstico de várias doenças e condições de saúde mental e estados bioenergéticos do ser humano. O presente trabalho enfoca a avaliação dessa técnica, a fim de desmistificar alguns padrões cromáticos nessas fotografias como indicadores para diferentes patologias. Portanto, em uma primeira abordagem, este trabalho centrou-se na análise do espectro de emissão do Corona gerado em torno dos eletrodos e sua interação com o filme fotográfico. A espectroscopia de emissão do Corona (Picler, 1999) revelou grande quantidade de radiação ultravioleta com uma parcela menor de luz no espectro visível com predominância de azul/violeta. Analisando-se a técnica da kirliangrafia, observou-se que o Corona poderia ocorrer no lado superior ou inferior da película fotográfica (Boyer & Tiller, The colors in Kirlian photography- fact or artifact?, 1975). As experiências mostraram que, quando o Corona ocorre somente na parte superior do filme, a kirliangrafia revela-se na cor azul. No entanto, observou-se também que, quando a corona ocorre embaixo da película fotográfica, a radiação gerada sensibiliza o filme pelo seu lado oposto, produzindo uma grave aberração cromática, que muitos profissionais desavisados, entre eles médicos e psicólogos, acreditam erroneamente estar relacionada ao estado biológico ou psicológico do paciente Abstract: Kirlian Photography or Kirliangraphy consists of the photograph of the Corona Effect, which is a luminous effect that may be photographed due to of the ionization of the air as a result of the application of high voltage electric fields in objects, usually the fingertips or leaves of plants. Many studies have spread this technique, in the context of alternative therapies, as applicable to the diagnosis of various diseases and mental and bio-energetic states of the human being. The present work focuses on the evaluation of this technique in order to demystify some chromatic patterns in these photographs as indicators for various pathologies. Therefore, as a first approach, this work focused on the analysis of the Corona emission spectrum generated around the biological electrodes energized and its photo interaction with the film. The Corona Emission Spectroscopy (Picler, 1999) revealed a large amount of ultraviolet radiation with a smaller portion of light in the visible spectrum with a predominance to violet/blue. Analyzing the Kirlian techniques, it was observed that the corona could occur either on the top or in the bottom side of the photographic film (Boyer & Tiller, The colors in Kirlian photography- fact or artifact?, 1975). The experiences have shown that when the corona occurs only in the upper part of the film, the Kirliangraphs reveal just the blue color. However, it could also be observed that, when the Corona occurs underneath the photographic film, the radiation generated sensitizes the film by its opposite side, producing a severe chromatic aberration that many unaware practitioners, among them physicians and psychologists mistakenly believe to be related to the patient's biological or psychological states 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: A inovação enquanto sistema constrói-se sobre as relações entre seus agentes, materializada pelas trocas e transferências de conhecimento e tecnologias. Neste contexto, a pesquisa torna-se parte do sistema de inovação, e a produção de conhecimento um empreendimento de facto. Assim, o empreendedorismo acadêmico é um processo de internalização das atividades de transferência tecnológica e de conhecimento. Na tentativa de abordar as questões referentes à gestão de interfaces entre os produtores de conhecimento e tecnologia (universidades, organizações e centros de pesquisa e desenvolvimento, etc.) e os demais atores da inovação, suas interdependências e iteratividades, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um processo centrado em modelagem e simulação, denominado processo ARES. Direcionado para a pesquisa aplicada em engenharia, o processo ARES é um processo incremental-evolutivo, baseado em transições uniformes e suaves de modelos mentais do domínio do problema para modelos de sistema e, assim, para modelos de design e implementação. De forma que, durante o desenvolvimento de um sistema ou pesquisa, os conhecimentos gerados ou empregados em seu esforço são adquiridos, selecionados, armazenados e transferidos através de mecanismos explícitos do processo, dando suporte à gestão do conhecimento, atributo da capacidade motriz de inovação de uma organização Abstract: Innovation as a system is built on the relationship between its agents, materialized by the exchange and transfer of knowledge and technologies. In this context, research become part of the innovation system, and the production of knowledge an enterprise de facto. Consequently, academic entrepreneurship is a process of internalization of the activities of knowledge and technological transfer. In a bid to address the issues of interface management between knowledge and technology producers (universities, organizations and centers of research and development, etc.) and the other actors of innovation, their interdependencies and iterations, this dissertation presents the development of a model-centric process, called ARES. Targeting applied research in engineering science, ARES is an incremental-evolutionary process, based on seamless and smooth transitions from mental models of the problem domain to system models, and thus to design and implementation models. Therefore, during the development of a system or research, the knowledge generated or employed in its effort is acquired, selected, stored and transferred through explicit mechanisms within ARES, supporting knowledge management, attribute of the innovation driving power of an organization 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: A redução do ruído speckle e de demais artefatos inerentes à técnica de ultrassom e o aumento da resolução das imagens reconstruídas são características importantes para melhorar a relação sinal-ruído (SNR) e contraste-ruído (CNR) destas imagens e, consequentemente, facilitam a interpretação e aumentam a assertividade do diagnóstico médico. Neste trabalho, investigou-se a técnica de composição espacial de imagens visando a redução de speckle em detrimento da resolução temporal. Nesta modalidade de imagem, sub-imagens em Modo-B são adquiridas para diferentes orientações de feixes, chamados ângulos de deflexão, e posteriormente compostas em uma única imagem, denominada imagem de composição espacial (CEI). Foram realizadas também, técnicas para aumentar a resolução de imagens de ultrassom, geralmente empregadas em pacientes obesos ou gestantes, em que é necessária maior profundidade de penetração para a visualização das estruturas de interesse, como por exemplo, imagem harmônica tecidual (THI) e imagem harmônica por inversão de pulso (PIHI). Essas técnicas podem ser integradas para maximizar os efeitos da redução de speckle e melhorar a resolução de imagens de ultrassom fazendo-se a composição de imagens harmônicas (CEIH). O presente trabalho apresenta um estudo comparativo das imagens obtidas a partir de simulação computacional das técnicas apenas descritas e seu efeito na SNR e CNR compostos quando comparadas com uma imagem em Modo-B, conjuntamente com avaliações qualitativas sobre as imagens. Foram simulados transdutores multi-elementos focalizados, excitados nas frequências de 1,5 ou 3,5 MHz. Comparando-se as técnicas de imagem harmônica, os resultados para a técnica THI foram melhores somente para a métrica de CNRc para a frequência de 1,5 MHz, enquanto a técnica de PIHI possibilitou melhores resultados para a SNRc na mesma frequência e para ambas as métricas para a frequência de 3,5 MHz. Quanto as imagens de composição espacial, para a frequência de 1,5 MHz foi possível observar melhores resultados em ambas as métricas para as imagens obtidas com a técnica de composição espacial de 5 frames harmônicos, enquanto que, para a frequência de 3,5 MHz foi possível observar melhores resultados para a técnica de composição espacial de 9 frames em Modo-B. Verificou-se ainda que, considerando o compromisso frame rate (número de quadros), a técnica mais interessante é a que utilizou apenas 5 frames para compor a imagem Abstract: The reduction of speckle noise and other artifacts inherent to the ultrasound technique and the increased resolution of the reconstructed images are important features to improve the signal-to-noise (SNR) and contrast-noise ratio (CNR) of these images and, consequently, facilitate the interpretation and increase the assertiveness of medical diagnosis. In this work, we investigated the technique of spatial image composition aiming to reduce speckle in detriment of temporal resolution. In this mode, B-Mode sub-images are acquired for different beam orientations, called deflection angles, and then composed into a single image, called the spatial composition image (CEI). Techniques to increase the resolution of ultrasound images, generally used in obese or pregnant patients, where greater depth of penetration is required to visualize the structures of interest, such as tissue harmonic image (THI) and image pulse inversion (PIHI) were developed too. These techniques can be integrated to maximize the effects of speckle reduction and improve the resolution of ultrasound images by making harmonic images compound (HIC). The present work presents a comparative study of the images obtained from computational simulation of the techniques just described and their effect on the SNR and CNR compounds when compared with a B-mode image, together with qualitative evaluations on the images. Focused multi-element transducers were simulated at frequencies of 1.5 or 3.5 MHz. Comparing harmonic imaging techniques, the results for the THI technique were better only for the CNRc metric at the frequency of 1, 5 MHz, while the PIHI technique provided better results for the SNRc at the same frequency and for both metrics at the 3.5 MHz frequency. As for the spatial composition images, at the 1.5 MHz frequency it was possible to observe better results in both metrics for the images obtained with the technique of spatial composition of 5 harmonic frames, while for the frequency of 3.5 MHz it was possible to observe better results for the technique of spatial composition of 9 frames in B mode. It was also verified that, considering the commitment frame rate (number of frames), the most interesting technique is the one that used only 5 frames to compose the image Mestrado Engenharia Biomédica Mestra em Engenharia Elétrica CAPES 133600/2017-3 CNPQ

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Amauri Amorin Assef Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O uso de excitação codificada dos elementos de transdutores matriciais para geração de imagens de ultrassom vem sendo estudada como área de interesse pelo fato de prover imagens com maior profundidade mesmo em meios com alta atenuação e ao mesmo tempo mantendo a resolução espacial comumente encontrada em sistemas de excitação convencional usando pulsos de excitação de curta duração (da ordem de nanosegundos). Essa dissertação descreve o projeto, construção e testes de uma placa de excitação (transmissão) com 8 canais para excitação de transdutores ultrassônicos capazes de gerar pulsos de ultrassom com forma de onda arbitrária, desde pulsos de curtíssima duração (nanosegundos) até pulsos do tipo chirp com duração e frequência variáveis, conforme definição do usuário. A placa pode ser acoplada ao primeiro protótipo da Plataforma de Ultrassom projetada e construída pelos integrantes da RBTU (Rede Brasileira de Técnicas de Ultrassom). Para os testes da placa foi projetado e construído um phantom de acrílico com dois grupos de fios de nylon funcionando como alvos e montado um setup experimental usando kits comerciais para detecção de ecos ultrassônicos provenientes do phantom construído. Esses sinais de eco de radiofrequência são processados utilizando filtros casados e descasados para detecção dos alvos do phantom com melhor relação sinal-ruído e resolução espacial. Foram utilizados transdutores monoelemento excitados por pulsos convencionais (short pulses ¿ 100 ns) e do tipo chirp com 5 µs, 10 µs e 20 µs de duração, com frequências centrais de 2,25 MHz e 5 MHz. Os resultados das simulações computacionais e os resultados obtidos com o setup experimental comprovaram a capacidade do sistema construído de gerar sinais ultrassônicos com forma de onda arbitrária e a detecção dos ecos de alvos profundos mantendo a resolução espacial observada nos sistemas com excitação convencional com pulsos de curta duração. Abstract: Coded excitation of matrix transducer elements to generate ultrasound images has been used and studied as an interest area of research due to the generation of images of deeper regions even in high attenuation media while keeping spatial resolution commonly found in conventional excitation systems using very short excitation pulses (of the order of nanoseconds). This dissertation describes the design, building and tests of an excitation electronics board (transmission board) with 8 channels for ultrasound transducers capable of generating arbitrary waveform pulses, from ultra-short pulses (nanoseconds) to chirp-like pulses with variable long duration (microseconds) and central frequency defined by the user. The constructed boar can be connected to the first prototype of the Ultrasound Platform developed by the researchers of the RBTU (Brazilian Network of Ultrasound Techniques ¿ form the Portuguese Rede Brasileira de Técnicas de Ultrassom). To test the developed board, it was designed and constructed an acrylic phantom with two groups of nylon wire targets and an experimental setup using commercial boards for detection of the ultrasound echoes form the phantom targets. These radiofrequency echo signals are then processed using matched- and mismatched-filters for detecting phantom targets with better signal-to-noise ratio while keeping spatial resolution. Monoelement ultrasound transducers were excited with conventional short (100 ns) and chirp pulses with 5 µs, 10 µs e 20 µs duration with 2.25 MHz and 5 MHz center frequencies. The computer simulations and the results obtained with the experimental setup have shown the capacity of the constructed system to generate ultrasound pulses with arbitrary shape and detect echoes from deep regions that, with properly processing of these echoes, to keep the spatial respolution normally found in conventional short pulses ultrasound systems. Mestrado Engenharia Biomédica Mestra em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Francisco Ubaldo Vieira Júnior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A Fibrose Cística é uma doença autossomica recessiva que acomete cerca de 70.000 indívíduos ao redor do mundo. A diagnóstico tem sido realizado desde equipamentos especializados nos centros de saúde que possuem alta disponibilidade de recursos, até protocolos químicos manuais. Dentre as técnicas mais utilizadas no mundo, está a metodologia de Schales e Schales(1941). Uma outra técnica tem adquirido especial interesse no Brasil é Zall et al. (1956), pelo atual cenário de descontinuidade no mercado brasileiro dos reagentes que realizam o protocolo de 'Schales¿.Ambas as técnicas têm como finalidade a quantificação da concentração de íons cloretos no suor, que se superado 69M tem diagnóstico positivo. O primeiro protocolo, 'Schales, é um protocolo de titulação que tem a concentração de cloretos diretamente associada ao volume de reagente gasto no teste até o momento final da reação, onde acontece a mudança abrupta de coloração. O segundo, 'Zall, é um protocolo em que o analito combina com o reagente, conferindo mudança gradativa de coloração a solução. Sua tonalidade é medida por meio da absorbância e associada a concentração de cloretos. No presente trabalho, é proposto um equipamento capaz de realizar ambos os protocolos citados a escolha do operador. Para tanto, no protocolo de Schales, foram realizadas varreduras espectroscópicas - equipamento comercial Beckman DU-800 - no ponto final da reação e determinado o comprimento de onda para máxima sensibilidade na medida de absorbância. Em seguida, ainda no equipamento comercial, foram feitas medidas de absorbância durante toda a realização do protocolo: a cada adição de reagente, no comprimento de onda calculado anteriormente e outros dois comprimentos, foram gerados gráficos desses experimentos e gráficos do percentual de variação entre medidas, que permitiram fossem estabelecidos os critérios para o fim do teste, ou seja, fim da adição de reagente e cálculo da [Cl-]. Na sequência, para o protocolo de 'Zall¿, foi realizado teste de seletividade com possíveis substâncias interferentes no suor que poderiam prejudicar a realização do mesmo. Foram também realizados testes de linearidade, uma vez que, nesse protocolo a concentração de cloretos tem relação linear com a absorbância. Todos esses testes foram realizados no Beckman. Como última etapa metodológica, os mesmos testes foram repetidos no protótipo. Tal protótipo conta com microcontrolador AVR com arquitetura RISC e 4 conjuntos de 16 fotodiodos num circuito integrado, TCS320, com filtragem ótica. Foi também utilizado um LED RGB como fonte luminosa. Todos esses e demais elementos do protótipo são acondicionados numa caixa projetada e impressa em 3D sob medida. Os principais resultados no desempenho do protótipo para 'Schales¿ foram: exatidão máxima de 110% contra 105% do conseguidos no equipamento comercial, repetitividade com desvio padrão máximo de 0,745M e coeficiente de variação máximo de 2,4%. Já para 'Zall, foi possível constatar que o desempenho do equipamento comercial Bekcman em 450 nm não é diferente do protótipo na análise de regressões lineares realizadas. Assim, com esses resultados, é possível afirmar que esse protótipo de baixo custo é capaz de realizar a detecção de cloretos numa amostra salina por meio de dois protocolos diferentes com parâmetros de desempenhos satisfatórios a um futuro diagnóstico de Fibrose Cística Abstract: Cystic Fibrosis is a recessive autosomal disease that afflicts 70,000 individuals around the world. The diagnosis has been made through specialized equipment in health centers that have high availability of resources, as well as through manual chemical protocols. Among the most used techniques in the world is the methodology of Schales and Schales (1941). Another technique that has acquired special interest in Brazil is the Zall et al. (1956) technique, due to the current scenario of discontinuity in the Brazilian market of the reagents that carry out the Schales protocol. Both techniques have as purpose the quantification of chloride ion concentration in sweat, which if exceeded 69M, has a positive diagnosis. The first protocol, 'Schales', is a titration protocol that has the concentration of chlorides directly associated with the volume of reagent spent in the test until the final moment of the reaction. The second, 'Zall', is a protocol in which the analyte combines with the reagent, imparting color change to the solution. Its hue is measured by absorbance and associated with chloride concentration. In the present work, it is proposed an equipment capable of accomplishing both mentioned protocols at the choice of the operator. To do so, in the Schales protocol, spectroscopic scans - Beckman DU-800 commercial equipment - were performed at the end point of the reaction and the wavelength determined for maximum sensitivity in the absorbance measurement. Then, also in the commercial equipment, absorbance measurements were made throughout the protocol: at each reagent addition, at the previously calculated wavelength and two other lengths, graphs of these experiments and graphs of the percentage of variation between measurements were generated , which allowed to establish the criteria for the end of the test, that is, the end of reagent addition and calculation of [Cl-]. Afterwards, for the 'Zall' protocol, a selectivity test was performed with possible interfering substances in the sweat that could affect its performance. Linearity tests were also performed, since in this protocol the concentration of chlorides has a linear relation with the absorbance. All of these tests were performed in the Beckman. As a last methodological step, the same tests were repeated in the prototype. This prototype features AVR microcontroller with RISC architecture and 4 sets of 16 photodiodes in an integrated circuit, TCS320, with optical filtering. A RGB LED has also been used as the light source. All these and other elements of the prototype are packed in a box custom-designed and printed in 3D. The main results in the performance of the prototype for 'Schales' were: maximum accuracy of 110% against 105% achieved in the commercial equipment, repeatability with maximum standard deviation of 0.745M and maximum coefficient of variation of 2.4%. Regarding the use of "Zall" it was possible to verify that the performance of the commercial device Beckman in 450 nm is not different from the prototype at the linear regression analysis performed.. Thus, with these results, it is possible to affirm that this low-cost prototype is able to perform the detection of chlorides in a saline sample by means of two different protocols with parameters of satisfactory performance to the Cystic Fibrosis diagnosis Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica DAAD

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Francisco Ubaldo Vieira Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: De acordo com a RDC/ANVISA nº 15, de 15 de março de 2012, são obrigatórios o controle e o monitoramento manual ou automatizado das etapas de limpeza, desinfecção e/ou esterilização de material cirúrgico. Esta dissertação apresenta um projeto que, através da implementação de um sistema automatizado para rastreabilidade de materiais cirúrgicos, objetiva a melhoria dos processos realizados em Centrais de Materiais e Esterilização (CME). O projeto contou com a parceria de um hospital da rede pública (HES ¿ Hospital Estadual de Sumaré "Dr. Leandro Francheschini") aonde foram realizados: o mapeamento do processo atual de trabalho; o levantamento da infraestrutura tecnológica existente; a identificação de pontos críticos; e a descrição de novos processos utilizando novas tecnologias. Selecionamos as seguintes tecnologias para o desenvolvimento da solução: Identificação por Rádio Frequência (Radio Frequency IDentification) para identificação das caixas cirúrgicas e marcação de códigos DataMatrix para os instrumentos cirúrgicos. Optou-se pela utilização do ambiente de trabalho Ruby on Rails em Linux e as linguagens de desenvolvimento WEB: HTML, JavaScript e CSS para o desenvolvimento do software. O software é executado a partir de um servidor e acessado via navegador na WEB, sendo possível sua utilização em diversas plataformas, como computador pessoal, smartphones ou tablets. Com a utilização destas tecnologias, foi desenvolvido um sistema composto de hardware e software para a rastreabilidade e controle de instrumentos cirúrgicos para CMEs. As principais contribuições do autor foram divididas em três capitulos que versão sobre o mapeamento do ambiente, as tecnologias do sistema e o desenvolvimento do software. Dentro destes três capitulos o leitor encontrará a metodologia, resultados e discussão de cada um dos assuntos desta dissertação. Como discussões e considerações deste trabalho foram expostas as dificuldades de implementaçao do sistema, comparação com sistemas nacionais e internacionais de rastreabilidade de instrumentos cirúrgicos. O projeto descrito neste documento apresenta semelhanças com sistemas internacionais e no âmbito nacional, não foram encontrados sistemas com o mesmo nível de rastreabilidade. Os objetivos propostos foram alcançados e o resultado foi um sistema completo de rastreabilidade de instrumentos cirúrgicos, com todos os componentes mapeados e software de assistência aos processos de CMEs Abstract: According to RDC / ANVISA no. 15, dated March 15, 2012, manual and automated control and monitoring of the cleaning, disinfecting and/or sterilization stages of surgical material are mandatory. This dissertation presents a project that, through the implementation of an automated system for the traceability of surgical materials, aims to improve the processes performed by Materials and Sterilization Centers (CME). The project had the partnership of a public hospital (HES - Sumaré State Hospital "Dr. Leandro Francheschini") where they were performed: mapping of current work process; survey of existing technological infrastructure; identification of critical points; and description of new processes using new technologies. We selected the following technologies for development of the solution: Radio Frequency IDentification(RFID) for identification of surgical boxes and marking of DataMatrix codes for surgical instruments. We chose the Ruby on Rails with Linux as working environment and the WEB development languages are: HTML, JavaScript and CSS. The software is executed from a server and accessed through a web browser, being possible to use it in several platforms, such as personal computer, smartphones or tablets. With these technologies, a system composed of hardware and software was developed for traceability and control of surgical instruments for CMEs. The main contributions of author were divided into three chapters that present on mapping of environment, system technologies and software development. The reader will find in these three chapters the methodology, results and discussion of each subjects of this dissertation. As discussions and considerations were the difficulties of implementation of system, comparison with national and international systems of traceability of surgical instruments. The project described in this document has similarities with international systems and at the national level, no systems with the same level of traceability were found. The proposed objectives were achieved and the result was a complete traceability system for surgical instruments with all mapped components and CME process assistance software Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ 468265/2014-7 CAPES

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Técnicas de excitação codificadas estão bem estabelecidas na comunidade científica e na indústria de aplicações de ultrassom em medicina. Sua principal habilidade é alongar temporalmente o pulso transmitido com modulações, comprimindo posteriormente a saída, na recepção, geralmente através de filtro casado, a fim de restaurar a resolução espacial outrora perdida. Seu objetivo é transpor as limitações impostas por técnicas convencionais (Gaussian-like short-pulse) e pela atenuação e propagação não linear, dependente da frequência, das ondas acústicas no tecido biológico. O uso de sinais modulados permite aumentar o ganho na relação sinal-ruído (SNR) ao mesmo tempo em que mantém ou até pode melhorar a resolução axial de sistemas por ultrassom, sem comprometer os níveis de segurança exigidos por órgão reguladores relativamente à intensidade acústica transmitida. O presente trabalho apresenta um estudo comparativo entre excitações convencional e codificada, utilizando modulações em frequência e em fase, dentro do contexto de formação de sinais ultrassônicos unidimensionais, avaliando principalmente a SNR e a resolução axial. Modelamos um transdutor monoelemento sem focalização, ressonando em 5 MHz. Todo o estudo foi realizado através de simulações numéricas e computacionais, tendo como ponto de partida os princípios envolvidos na formulação de esquemas excitação/compressão de pulso, baseada na análise de três diferentes tempos de duração dos pulsos: 5 (curta), 10 (média) e 20 ?s (longa). Nos resultados, traçamos curvas de desempenho em termos da degradação produzida por lóbulos laterais temporais e resolução axial, e apresentamos como um mecanismo factível de excitação/compressão pode ser construído. Observamos um ganho na SNR entre 13 e 18 dB, com erros dentro de 1,2 e 1,8 dB, em meio sem atenuação, podendo atingir valores acima de 60 dB, em um meio com atenuação, ante específicas condições. Complementarmente, investigamos os limites de aplicação do conceito de espalhadores equivalentes (DANTAS, COSTA, & LEEMAN, 2005) dentro do contexto de excitações codificadas Abstract: Coded excitation techniques are well established in the scientific community and in the industry for medical ultrasound applications. Its main ability is to elongate the transmitted pulse through modulations, then subsequently compressing the output, at the reception, in order to recover the spatial resolution with matched filter. The goal is to overcome the limitations imposed by a Gaussian short-pulse transmission and by the attenuation and non-linear propagation dependence on the frequency of acoustic waves in biological tissues. The use of modulated signals increases the signal-to-noise ratio (SNR) gain while maintaining or even improving the axial resolution of the ultrasonic system without compromising the required safety levels imposed by regulatory agencies with respect to the transmitted acoustic waves. This work presents a comparative study between conventional and coded excitations, using frequency and phase modulations, within the context of the formation of one-dimensional ultrasonic signals, mainly evaluating SNR and axial resolution. We model a non-focusing single-element transducer resonating at 5 MHz. The whole study was carried out through numerical and computational simulations, having as the starting point the foundations involved in the formulation of an excitation/compression pulse scheme, based on the analysis of three different pulse duration times: 5 (short), 10 (medium) and 20 (long) ?s. In the results evaluation, we plot performance curves between the degradation produced by temporal sidelobes and axial resolution and present how a feasible excitation/compression mechanism can be constructed. Moreover, we observed a SNR gain between 13 and 18 dB, with errors within 1.2 and 1.8 dB, in a non-attenuating medium, and under specific conditions, considering an attenuating medium, the SNR gain can reach values above 60 dB. Additionally, we applied the coded excitations scenario to study the application limits of the equivalent scatters concept developed by DANTAS, COSTA, & LEEMAN (2005) Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES

Orientadores: Gabriela Castellano, Eduardo Tavares Costa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Imagens de ressonância magnética ponderadas por difusão (imagens DW) e imagens do tensor de difusão (imagens DT) combinam técnicas de ressonância magnética (MRI) e medidas de difusão. Nas imagens DW, o contraste é definido pelo movimento microscópico dos prótons de água. Atualmente, imagens DW tornaram-se populares em função de sua capacidade de detectar o AVC ainda na fase aguda. As imagens DT são calculadas a partir de imagens DW adquiridas em pelo menos seis direções, fornecendo informações de direcionalidade de difusão e tornando assim possível a reconstrução de imagens de fibras axonais ou musculares. Ambas as técnicas têm sido aplicadas ao estudo das estruturas corporais em condições saudáveis e patológicas. Atualmente, sabe-se que essas imagens e seus parâmetros são bastante sujeitos a fatores relacionados à aquisição e processamento. Heterogeneidades do campo magnético, suscetibilidade, deslocamento químico, interferência de radiofrequência (RF), correntes parasitárias e a razão sinal/ruído (SNR) têm efeitos mais nocivos em imagens DW do que em imagens ponderadas em T1 ou T2. No entanto, ainda hoje não existem phantoms ou protocolos padrão para controle de qualidade (QC) de imagens DW ou DT. Assim, o objetivo deste trabalho foi construir um phantom multipropósito, de baixo custo, para o QC de imagens DT. Diferentes linhas de pesca e configurações foram testadas para definir o tipo de fibras a ser usado. Em seguida, um phantom multipropósito foi desenvolvido e testado. Descobrimos que as linhas de pesca Dyneema® são a melhor opção para a construção do phantom. Os feixes obtidos a partir destas linhas têm valores de FA semelhantes aos encontrados nos tratos cerebrais principais e além disso não atrapalham outras medições de QC em MRI. O phantom multipropósito desenvolvido mostrou-se estável e pode ser usado para QC na rotina clínica Abstract: Diffusion-weighted imaging (DWI) and diffusion tensor imaging (DTI) combine magnetic resonance imaging (MRI) techniques and diffusion measures. In DWI, the contrast is defined by the microscopic motion of water protons. Nowadays, DWI has become important for early diagnose of acute stroke. DT images are calculated from DW images acquired in at least six directions, which give information of diffusion directionality, making it possible to reconstruct axonal or muscle fiber images. Both techniques have been applied to study body structures in healthy and pathological conditions. Currently, it is known that these images and derived parameters are quite sensitive to factors related to acquisition and processing. Magnetic field non-homogeneity, susceptibility, chemical shift, radiofrequency (RF) interference, eddy currents and low signal-to-noise ratio (SNR) can have a more harmful effect in diffusion data than in T1- or T2-weighted image data. However, even today there are no standard phantoms or protocols for DWI or DTI quality control (QC). The aim of this work was to build a low-cost multipurpose DTI phantom to evaluate parameters that can compromise the quality of DTI data. Different fishing lines and setups were tested to define the kind of fibers to be used. Subsequently, a multipurpose phantom was developed and tested. We found that Dyneema® fishing lines are the best option to build the phantom. Dyneema® fishing lines bundles have FA values similar to those found in the main brain tracts and do not compromise other MRI QC measurements. Our tests showed that the multipurpose phantom built is stable and can be used for QC in clinical routine Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ FAPESP

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

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

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A utilização de próteses de válvulas cardíacas tanto mecânicas quanto biológicas tem se tornado cada vez mais freqüente. Estas próteses devem ser avaliadas (testes in-vitro e in-vivo) para que sejam utilizadas clinicamente. Os testes de desempenho hidrodinâmico são realizados in vitro, e a análise dos resultados é importante para a classificação e caracterização de uma determinada prótese, sendo atualmente um dos requisitos obrigatórios exigido por órgãos reguladores para a aprovação de próteses a serem empregadas clinicamente. Os testes de desempenho hidrodinâmico são realizados por sistemas complexos, denominados duplicadores de pulso, cuja finalidade é reproduzir o comportamento hidrodinâmico do coração e simular as variáveis fisiológicas às quais as válvulas são normalmente submetidas em condições reais. Neste trabalho foi desenvolvido, para uso na empresa Braile Biomédica, utilizando a plataforma de programação LabVIEW®, um programa capaz de fazer a aquisição e interpretação dos sinais de fluxo e pressão provenientes de transdutores específicos, bem como a realização dos cálculos necessários e a geração de um relatório resultante do teste. Também foram desenvolvidos circuitos condicionadores de sinais para os transdutores de pressão e fluxo inerentes ao sistema duplicador de pulso existente na empresa. A partir das medidas e dos gráficos de pressão e fluxo é possível calcular os seguintes parâmetros: área específica do orifício, coeficiente de descarga, fração de regurgitação e índices de performance e eficiência da válvula. Abstract: It has become very frequent the use of mechanic or biological cardiac valve prostheses. These prostheses must be evaluated (in vitro and in vivo tests) in order to be used clinically. The hydrodynamic performance tests are carried out in vitro. The analyses of the test results are very important for the characterizations and classification of a given prosthesis, being one of mandatory requirements of the regulatory organs in order to approve its clinical use. The hydrodynamic performance tests are carried out by complex systems often called pulse duplicators, which must reproduce the heart hydrodynamic behaviour and simulate the physiological variables that the cardiac valves are submitted in real conditions. In this work it has been developed a software program to be used at Braile Biomedica based on the LabVIEW® platform, capable of acquiring and processing flux and pressure signals from specific transducers, as well as all the necessary calculi and generation of the test results report. It has also been developed the signal conditioning circuits for the pressure and flux transducers inherent to the company pulse duplicator. The following parameters are calculated and reported with several graphics showing flux and pressure signals: orifice specific area, discharge coefficient, regurgitation fraction and valve performance and efficiency indices. 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

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: 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

Orientador : Eduardo Tavares Costa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Doutorado

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Uma das áreas mais complexas da tomada de decisão médica é o diagnóstico, pois este depende da análise de informações de diferentes naturezas e complexidades e é influenciado pela experiência anterior do médico e da sua intuição. É difícil formalizar esse conhecimento e representá-Io em um programa de computador, pois os mecanismos mentais e os processos de raciocínio pelo qual os clínicos chegam ao diagnóstico são ainda mal conhecidos. Há falta de padronização quanto aos termos e definições médicas, pois muitas vezes não existem opiniões consensuais por parte dos especialistas na área de estudo sobre como decidir em face de evidências conflitantes, além do fato do conhecimento estar espalhado em muitas publicações, lugares e cabeças. Nesta tese é desenvolvido um sistema de apoio à decisão médica utilizando um programa executado em um computador do tipo PC onde, através de respostas às perguntas dirigidas ao paciente, pelo médico e resultados de alguns exames clínicos pode-se chegar a uma confirmação de uma suspeita clínica na área de válvulas cardíacas, ou seja, estenose ou insuficiência valvular. O sistema desenvolvido utiliza teoria de subconjuntos nebulosos a fim de trabalhar com as imprecisões intrínsecas a este processo. Foi desenvolvido um programa de computador com interface amigável para o médico e determina o diagnóstico utilizando linguagem Visual Bàsic e linguagem C++. Nesta interface com o usuário são introduzidos todos os aspectos médicos necessários para a geração do diagnóstico e nesta mesma interface é visualizado o diagnóstico gerado pelo programa. Após a implementação do programa em computador, foi testado o conjunto de dados de um total de 178 fichas médicas com diagnósticos confirmados nos diversos tipos de valvulopatias, apresentando um acerto médio de 67%(diagnósticos totalmente corretos) 76% de acertos para as válvulas cardíacas, 81 % de acertos para o tipo. de doença (insuficiência ou estenose da válvula) e 85% de acertos para a gravidade (leve, moderada ou importante) e 5% de erros (diagnóstico gerado pelo programa totalmente incorreto). Portanto, o programa foi capaz de determinar o problema para a maioria das doenças (95% dos casos para acerto de pelo menos a válvula, tipo de doença ou gravidade) o que o toma uma ferramenta importante no apoio à decisão médica Abstract: One of the most complex fields of medical decision making for a medical doctor is the diagnosis, as it depends on the analysis of information of different complexities and characteristics, and it can be influenced by the physician's previous experience and intuition. It is difficult to formalize this knowledge and represent it in a computational software, because the mental mechanisms and the reasoning process used by the physicians to reach a diagnosis are still not well known. There is no standardization of medical terms and definitions mainly due to the fact that, frequently, there is no consensual opinion of the experts on an area of study, there is difficulties in deciding when facing conflicting evidence from many different scientific journals, books, issues or just from different minds. In this thesis, a new computer program for medical decision support was developed and presented. The software runs on a personal compute r and, by means of the answers to questions made to the patient by his physician and by the results of physical examination and critical exams like X-rays and ECG, it is possible to confirm a clinical expectation concerning heart diseases (cardiac valve insufficiency or stenosis) The developed program utilizes fuzzy sets to deal with the intrinsic imprecision of this processo. It has also been developed a computer program that serves as an interface between the compute r and the medical user using Visual Basic and C++ languages. In the interface with the user it is introduced ali the medical aspects needed to generate and visualize the results. After computer implementation, the program has been tested with the data from 178 patient records with confirmed diagnosis of different cardiac valve diseases. The main correct results achieved by the program are: 67% of totally correct diagnosis; 76% for type of valve; 81 % type of disease (cardiac valve insufficiency or stenosis); 85% of severity of the disease (light, moderate, or severe). In summary, the program has achieved 95% of correct valvular disease (type of valve, disease and severity of the disease) and 5% of totally incorrect diagnosis, making it an important toei for the medical decision aid 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: Em operações cardíacas, freqüentemente há a necessidade de se realizar intervenções em estruturas internas do coração, e a circulação e oxigenação do sangue são feitas por meios artificiais, fora do corpo do paciente, em um procedimento denominado circulação extracorpórea (CEC) ou "bypass" cardio-pulmonar. Durante uma rotina de CEC, um dos parâmetros mais importantes, e que exige constante monitoração, é o fluxo sangüíneo. Em muitos casos, são utilizados estimadores de fluxo baseados na velocidade de rotação das bombas (peristálticas) ou medidores que utilizam o princípio eletromagnético (bombas peristálticas ou centrífugas). Estes métodos são de tecnologia bastante difundida, mas nem sempre confiáveis para sistemas de CEC, em função de suas características intrínsecas. Neste trabalho, foi desenvolvido um medidor de fluxo sangüíneo baseado no sistema ultra-sônico Doppler pulsátil destinado a sistemas de circulação extracorpórea. Foi utilizado um transdutor de 2MHz, medindo vazões de O a 5 litros/min, acoplado externamente à linha arterial de tubulação de CEC destinada à perfusão de adultos (9,53mm de diâmetro), com a vantagem de não entrar em contato com o sangue do paciente. Este medidor apresenta o valor do fluxo em um indicador numérico de 2 dígitos, disponibilizando esta informação também de forma analógica ou digital, esta última com resolução de 8 bits. Testes realizados indicaram um desvio máximo de 3,5% do fundo de escala. Este medidor fornece resultados de forma contínua e confiável, e não apresenta as limitações encontradas nos outros métodos. Além disso, pelo fato de não haver contato com o sangue, ele não é descartável e não necessita de esterilização, reduzindo custos operacionais e viabilizando seu uso Abstract: : In cardiac surgeries it is frequently necessary to carry out interventions in internal heart structures, and where the blood circulation and oxygenation are made by artificial ways, out of the patient' s body, in a procedure known as extracorporeal circulation (EC) or heart-lung bypass. During an EC procedure, one of the most important parameters, and that demands constant monitoring, is the blood flow. Quite often, blood flow estimators based in the pump rotation speed (for peristaltic pumps) or those using the electromagnetic principle (for peristaltic or centrifugal pumps) are used. The technology available for these methods is relatively well known, but not very reliable for EC systems due to their intrinsic characteristics. In this work, an ultrasonic pulsed Doppler blood flowmeter, to be used in an extracorporeal circulation system, was developed. It was used a 2MHz ultrasonic transducer, measuring flows from 0 to 5 liters/min, coupled externally to the EC arterial line destined to adults perfusion (diameter of 9.53mm or 3/8"), with the advantage of not entering in contact with the patient blood. This flowmeter presents the flow value in a 2 digit numerical display, allowing this information to be used both in analog and digital forms (8 bits resolution). The results indicated a maximum deviation of3.5% of full scale. This flowmeter supplies the results in a continuous and trustworthy way, and it does not present the limitations found in those flowmeters based in other transduction methods. Moreover, due to the fact of not being in contact with the blood, it is not disposable and it does not need sterilization, reducing operational costs and facilitating its use 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: 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

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Todos os dias milhares de cirurgias cardíacas envolvendo circulação extracorpórea (CEC) são realizadas ao redor do mundo, mas a técnica ainda apresenta problemas relacionados à segurança. Um dos principais tipos de acidentes que podem ocorrer em circulação extracorpórea envolve os oxigenadores e consiste no esvaziamento rápido do reservatório de sangue sem que o perfusionista (operador de CEC) perceba, que provoca a entrada maciça de ar no paciente (embolia aérea maciça), podendo resultar em seqüelas graves ou até mesmo em sua morte. Este acidente é mais comum quando utilizada a bomba de roletes, sendo raros os relatos de casos de embolia aérea maciça com bomba centrífuga. Procurando aumentar a segurança do procedimento de CEC em relação à prevenção deste tipo de acidente, foi desenvolvido o SACEC (Sistema de Apoio à Circulação Extracorpórea), que opera juntamente com uma bomba de roletes e oxigenadores de bolha ou membrana para utilização em adultos. o SACEC é um equipamento microcontrolado que, a partir da medição discreta do nível de sangue no reservatório do oxigenador (com resolução de 100 ml) utilizando um transdutor ultra-sônico de 40 KHz (também desenvolvido neste trabalho) colocado no topo do reservatório, procura manter o nível de sangue acima do nível mínimo de segurança (400 ml nos oxigenadores para adultos) por meio do controle automático da rotação da bomba sistêmica (desligando a bomba se o nível cai abaixo de 500 ml), ou apenas realiza a monitoração do nível no reservatório e da rotação da bomba... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract:Thousands of cardiac surgeries involving extracorporeal circulation are perfonned everyday around the world, but the technique still presents safety problems. Oxygenator accidents are among the major accidents that can occur in extracorporeal circulation, being the most serious the rapid and inadvertent emptying of the blood reservoir, that causes massive infusion of air into the patient (massive air embolism) and can result in serious consequences and even patient death. This accident is most common when roller pump is used, being rare reports of massive air embolism with centrifugal pump. Aiming at increasing the safety related to the prevention of this accident, it has been developed the SACEC (Extracorporeal Circulation Support System), that works together with a roller pump and bubble or membrane oxygenators for adults. SACEC is a microcontroller based equipment that, based on the discrete blood leveI measurement in the oxygenator reservoir (with 100 ml resolution) using a 40 KHz ultrasonic transducer (also developed in this work) placed on the oxygenator top, tries to keep the blood leveI above the minimum safety leveI (400 ml in oxygenators for adults) by means of the automatic control of the systemic pump rotation (turning off the pump if the leveI falls below 500 ml), or only performs the reservoir blood leveI and pump rotation monitoring... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Jose Wilson Magalhães Bassani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: A influência do intervalo entre os batimentos na geração da força de contração tem sido objeto de numerosas tentativas de modelamento.Kocb-Weser e Blinks postularam que as variações da força com a frequência poderiam ser analisadas em termos de: (1) A Contração de Estado de Repouso; (2) O Efeito Inotr6pico Negativo da Ativação - EINA; e (3) O Efeito Inotrópico Positivo da Ativação - EIPA Baseando-se nesta hipótese, foi implementado um modelo para simular os efeitos da frequência na força de contração. Os parâmetros correspondentes ao EINA, EIPA e CER foram obtidos experimentalmente utilizando a técnica da Estimulação Cardíaca Programada em átrio esquerdo de rato. Os dados experimentais foram então utilizados na simulação em computador do modelo por meio de uma linguagem de alto nível Abstract: The influence of the interval between beats in the force of contraction has been subject of several attempts of modelling. Koch-Weser e Blinks stated that the force-interval relationships could be described in terms of: (1) the Rested State Contraction - RSC; (2) the Positive Inotropic Effects of Activation -PIEA and (3) the Negative Effects of Activation - NIEA. Based on that hypothesis, a model has been developed in order to simulate the effects of the frequency in the force of contractions. The RSC, PIEA and NIEA parameters were obtained experimentally using the Cardiac Programed Estimulation in the left rat atrium. Therefore the experimental data were used to perfom the computer simulation with a high leveI language Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores : Eduardo Tavares Costa , Amauri Lopes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: No presente trabalho, sinais de Eletrocardiografia de Alta Resolução (ECG-AR) são obtidos, processados e então analisados os chamados Potenciais Tardios Ventriculares (PTV), que resultam da despolarização defasada (tardia) do tecido cardíaco ventricular. Os PTV aparecem na fase final da despolarização ventricular, são de pequena amplitude e apresentam componentes de alta freqüência quando comparados os demais potenciais de despolarização ventricular. Como consequência, não é possível observá-los usando ferramentas convencionais, já que, os potenciais devido à despolarização ventricular e ao ruído (muscular, dos eletrodos e da instrumentação utilizada) mascaram os PTV. Portanto, é necessário utilizar métodos que permitam filtrar o ruído e permitam verificar a existência ou não de PTV. Para filtrar o ruído e para obter o sinal de ECG-AR, utiliza-se a técnica de promediação. Para a detecção e análise dos PTV, foram especialmente implementadas ferramentas de processamento de sinais: 1) a Transformada de Fourier de Curta Duração (TFCD)i e 2) a Distribuição de Wigner (DW). Estas duas técnicas permitem a análise de sinais de ECG-AR no duplo domínio tempo-frequência, procurando-se estabelecer critérios de positividade da existência ou não dos PTV. Para validar e parametrizar os PTV será necessário realizar muitos exames em indivíduos normais e naqueles suspeitos de serem propensos a sofrer arritmias ventriculares Abstract: In the present work, High Resolution Electrocardiography (HR-ECG) signals are obtained, processed and then ventricular late potentials which result from the late depolarization of the ventricule are analysed. Late potentials are generally present at the end of ventricular depolarization, presenting small amplitude and high frequency components when compared to ventricular depolarization signals. Therefore, it is not possible to observe those signals using conventional instrumentation due to ventricular activation and noise (from muscle contraction, electrodes and instrumentation). So, it is necessary to use methods which permit to improve signal-to-noise ratio of the ECG and to verify the existence of the late potentials. The signal averaging method is used to obtain high resolution ECG. In order to detect and analyse the late potentials two signal processing techniques were implemented: 1) the Short Time Fourier Transform; and 2) the Wigner Distribution. These techniques allow the analysis in both time and frequency domains simultaneously and they have been used to try to detect late potentials. Normal patients as well as patients at risk of developing ventricular arrythmias shall be tested using the methods implemented in order to validate them Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica