sistema de mediÇÃo da espessura da camada … · sistema de mediÇÃo da espessura da camada ......
TRANSCRIPT
CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
SISTEMA DE MEDIÇÃO DA ESPESSURA DA CAMADA
MUSCULAR E ADIPOSA VIA ULTRA-SOM
Lucas Kalache
Monografia apresentada à disciplina de Projeto Final como requisito parcial à conclusão
do Curso de Engenharia da Computação, orientada pelo Prof. Maurício Perretto.
UNICENP/NCET
Curitiba
2007
2
TERMO DE APROVAÇÃO
Lucas Kalache
SISTEMA DE MEDIÇÃO DA ESPESSURA DA CAMADA MUSCULAR E ADIPOSA VIA ULTRA-SOM
Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso de Engenharia da Computação
do Centro Universitário Positivo, pela seguinte banca examinadora:
Prof. Maurício Perretto (Orientador) Prof. José Carlos da Cunha Prof. Marcelo Micokz Gonçalves
Curitiba, 15 de Dezembro de 2007.
3
AGRADECIMENTOS
Agradeço a André Pepino, Eduardo Straube, Paulo Alves e Paulo Roberto, que me
apoiaram ao longo de todo o desenvolvimento do meu projeto.
A minha família por compreender todos os momentos difíceis que passei durante o ano
todo e sempre me incentivarem com palavras de carinho e motivação. Agradeço, principalmente,
a minha mãe e meu pai, Cinthia e João, pelo sacrifício que fizeram para proporcionar-me
condições de estudar.
Agradeço a Maurício Perretto, pela orientação do projeto, e a José Carlos da Cunha por
ter me ajudado na busca pelo transdutor.
4
RESUMO
Este projeto visa à construção de um sistema de medição das camadas adiposa e muscular
através de ultra-som. Tem como finalidade ser um sistema portátil e de baixo custo. O sistema
proporciona além das medições das camadas, o acompanhamento do tratamento nutricional do
paciente através de gráficos.
O hardware é composto basicamente por três partes: a aquisição, o tratamento e o
processamento do sinal. A parte da aquisição consiste em um oscilador para o funcionamento do
transdutor de ultra-som, que emite e detecta ondas ultra-sônicas. A parte de tratamento do sinal é
composta por filtros analógicos, amplificadores operacionais, detectores de pico e um retificador
de onda. Esses circuitos tem como objetivo limpar o sinal de possíveis ruídos, eliminando
freqüências não desejadas no sistema, e prepará-lo para o processamento, que determina o tempo
total dos ecos do sinal de ultra-som.
O software permite que o usuário cadastre pacientes em seu banco de dados, e visualize
informações de consultas passadas. Proporciona também a leitura de dados, recebendo através da
porta serial as informações coletadas pelo hardware.
Palavras Chave: Ultra-som, camada adiposa, camada muscular, medição.
5
ABSTRACT
This project aims to build a system for measuring adipose and muscle layers using
ultrasound. The main goal is to create a portable system at low costs. The system provides not
only accurate measurements of these layers, but also provides records for long term monitoring
the patients through graphics.
The hardware has basically three parts: the acquisition, the treatment, and the signal
processing. The first one is an oscillator that makes the ultrasound transducer work. This
ultrasound transducer emits and detects ultrasonic waves. The second part is made of electronic
filters, operational amplifiers, peak detectors, and a wave rectifier used for cleaning any possible
clang, eliminating any undesirable frequencies from the system, and preparing it for processing,
which ultimately determines the total time of the ultrasound signal echoes.
The software includes a database, which allows the user to file information on each
patient and visualize data from previous appointments. The data collected by the hardware is
transmitted to the software through the serial port.
Key words: Ultrasound, adipose layer, muscle layer, measurement.
6
SUMÁRIO
RESUMO ....................................................................................................................................... 4
ABSTRACT ................................................................................................................................... 5
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................... 8
LISTA DE TABELAS ................................................................................................................. 10
LISTA DE SIGLAS ..................................................................................................................... 11
LISTA DE SÍMBOLOS .............................................................................................................. 12
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ................................................................................................ 13
CAPÍTULO 2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................. 15
2.1 - TECIDO ADIPOSO ................................................................................................................ 15
2.2 – TECIDO MUSCULAR ............................................................................................................ 16
2.3 - HARDWARE ......................................................................................................................... 18
2.3.1 - Ultra-som .................................................................................................................... 18
2.3.1.1 - Modo A ................................................................................................................................................................ 19
2.3.1.2 – Modo B ............................................................................................................................................................... 20
2.3.1.3 – Modo M............................................................................................................................................................... 23
2.3.1.3 – Doppler contínuo ou Pulsado .............................................................................................................................. 24
2.3.2 - Transdutor Piezoelétrico ............................................................................................. 27
2.3.3 – Filtros ......................................................................................................................... 28
2.3.3.1 – Filtro Passa-Baixa de Segunda Ordem ................................................................................................................ 29
2.3.3.2 – Filtros de Ordem Superior à Segunda Ordem ...................................................................................................... 31
2.3.3.3 – Filtros Passa-Faixa .............................................................................................................................................. 32
2.3.4 - Detector de Pico .......................................................................................................... 33
2.3.5 – Oscilador com Ponte de Wien .................................................................................... 35
2.3.5.1 – Ponte de Wien ..................................................................................................................................................... 35
2.3.5.1 – Oscilador com Ponte de Wien ............................................................................................................................. 36
2.3.6 – Microcontrolador ....................................................................................................... 38
2.4 - SOFTWARE .......................................................................................................................... 39
2.4.1 – Programação em Camadas ........................................................................................ 39
2.5 – CRONOGRAMA .................................................................................................................... 41
2.6 – CUSTOS ESTIMADOS ........................................................................................................... 42
CAPÍTULO 3 – ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO ............................................................... 45
3.1 - HARDWARE ......................................................................................................................... 45
3.2 - SOFTWARE ......................................................................................................................... 47
CAPÍTULO 4 – PROJETO DE HARDWARE ........................................................................ 50
4.1 - DETECTOR DE PICO ............................................................................................................. 51
4.2 - MICROCONTROLADOR ........................................................................................................ 52
4.3 - INTERFACE SERIAL .............................................................................................................. 54
4.4 – SIMULAÇÃO DO SINAL ........................................................................................................ 55
4.5 – FILTRO PASSA-FAIXA ......................................................................................................... 57
7
4.6 – OSCILADOR COM PONTE DE WIEN ...................................................................................... 58
4.7 – FONTE DE ALIMENTAÇÃO ................................................................................................... 59
CAPÍTULO 5 – PROJETO DE SOFTWARE ......................................................................... 60
5.1 – CASOS DE USO ................................................................................................................... 60
5.2 – DIAGRAMA DE SEQUÊNCIA ................................................................................................. 62
CAPÍTULO 6 - RESULTADOS ................................................................................................ 64
6.1 – TESTES COM O TRANDUTOR DE ULTRA-SOM DE UM DETECTOR FETAL ................................ 64
6.2 – TESTES COM CRISTAIS PIEZOELÉTRICOS EM FORMA DE PASTILHA ....................................... 66
6.3 – TESTES COM SIMULADOR DE ONDAS ................................................................................... 68
CAPÍTULO 7 - CONCLUSÃO .................................................................................................. 70
7.1 – ASPECTOS POSITIVOS ......................................................................................................... 70
7.2 – ASPECTOS NEGATIVOS ....................................................................................................... 70
7.3 – DESENVOLVIMENTOS FUTUROS .......................................................................................... 71
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 72
ANEXO A - MANUAL DO PROJETO .................................................................................... 74
ANEXO B - ARTIGO ................................................................................................................. 75
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Tecido Adiposo (SERNIK, 1999). ................................................................................. 15
Figura 2: Tecido Muscular (SERNIK, 1999). ............................................................................... 16
Figura 3: Tipos dos Músculos (SERNIK, 1999). .......................................................................... 17
Figura 4: Exemplo de um circuito Modo A (GEMA, 2002). ........................................................ 19
Figura 5: Linha do modo B a partir do modo A (GEMA, 2002). ................................................. 21
Figura 6: Diagrama em blocos do modo B (GEMA, 2002). ......................................................... 21
Figura 7: Varredura Mecânica (GEMA, 2002). ............................................................................ 22
Figura 8: Mecanismo de Funcionamento (GEMA, 2002). ............................................................ 23
Figura 9: Configuração de equipamento Modo M (GEMA, 2002). .............................................. 24
Figura 10: Diagrama em blocos de um sistema de Doppler Genérico (GEMA, 2002). ............... 25
Figura 11: Exemplo de um transdutor piezoelétrico visto por dentro (Pertence, 2003). .............. 27
Figura 12: PB MFB de segunda ordem (Pertence, 2003). ............................................................ 29
Figura 13: Filtros de ordem superior (Pertence, 2003). ................................................................ 31
Figura 14: Filtro Passa-Faixa (Pertence, 2003). ............................................................................ 32
Figura 15: Gráfico de funcionamento do detector de pico ............................................................ 33
Figura 16: Circuito Básico ............................................................................................................ 33
Figura 17: Circuito não-inversor melhorado (Pertence, 2003). .................................................... 34
Figura 18: Ponte de Wien (Pertence, 2003). ................................................................................. 35
Figura 19: Ponte de Wien com Amplificador Operacional (Pertence, 2003). .............................. 36
Figura 20: Circuito melhorado do oscilador de ponte de Wien (Pertence, 2003). ........................ 37
Figura 21: Modelo de Programação em Camadas ........................................................................ 40
Figura 22: Diagrama em blocos de como funciona o hardware .................................................... 45
Figura 23: Forma como o transdutor funciona no projeto ............................................................ 46
Figura 24: Fluxograma de como o software funciona ................................................................... 48
Figura 25: Diagrama em blocos do Hardware .............................................................................. 50
Figura 26: Esquemático do detector de pico ................................................................................. 51
Figura 27: Esquemático do microcontrolador PIC16F877 ........................................................... 52
Figura 28: Fluxograma do Firmware ............................................................................................ 53
Figura 29: Esquemático conversor serial ...................................................................................... 54
Figura 30: Esquemático do simulador ........................................................................................... 55
Figura 31: Simulação de onda do oscilador. ................................................................................. 56
Figura 32: Simulação dos ecos. ..................................................................................................... 56
9
Figura 33: Esquemático do filtro PF ............................................................................................. 57
Figura 34: esquemático do oscilador ............................................................................................. 58
Figura 35: Fonte de Alimentação .................................................................................................. 59
Figura 36: Ilustração dos Casos de Uso ........................................................................................ 60
Figura 37: Diagrama de Seqüência do caso de uso Gerenciar Pacientes ...................................... 62
Figura 38: Diagrama de Seqüência do caso de uso Medir. ........................................................... 63
Figura 39: Diagrama de Seqüência do caso de uso Consultar. ..................................................... 63
Figura 40: Circuito chaveador Teste ............................................................................................. 65
Figura 41: Cristal Piezoelétrico em forma de pastilha .................................................................. 66
Figura 42: Como foi conectado as pastilhas .................................................................................. 66
Figura 43: Posição de testes .......................................................................................................... 67
Figura 44: Protótipo com Simulador ............................................................................................. 68
10
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Valores até ordem 8.......................................................................................................30
Tabela 2: Valores até ordem 6.......................................................................................................31
Tabela 3: Custos com mão de obra ...............................................................................................42
Tabela 4: Custos com Materiais de Trabalho................................................................................42
Tabela 5: Custos com Insumos......................................................................................................43
Tabela 6: Custos com impostos e Total de Custos.......................................................................44
11
LISTA DE SIGLAS
NCET - Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas
UNICENP – Centro Universitário Positivo
PF – Filtro Passa - Faixa
PA – Filtro Passa - Alta
PB – Filtro Passa - Baixa
RF – Filtro Rejeita - Faixa
MFB – Multiple Feedback
VCVS – Voltage-controlled voltage source
12
LISTA DE SÍMBOLOS
V – Volts
Ω - ohms
kHz – Kilo Hertz
MHz – Mega Hertz
A – Amplitude
λ – Comprimento de onda
T – Período
c – Velocidade de Propagação
K – Ganho do circuito
∆s – Distância percorrida
∆t – Tempo gasto
13
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
Segundo pesquisa do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), nas últimas
três décadas os brasileiros vêm engordando, graças a novos e piores métodos alimentares. O país
tem cerca de 38,6 milhões de pessoas com peso acima do recomendado. Deste total, 10,5
milhões são considerados obesos. E é crescente o número de pessoas que procuram tratamento
especializado para esse tipo de problema. Esse tipo de cliente deseja resultados rápidos, e para
que isso aconteça é necessário um diagnóstico rápido e preciso. Estudos comprovam como o
peso afeta o dia de pessoas obesas, como o artigo Obesidade: Realidades e Indagações de Lia
Ades e Rachel Rodrigues Kerbauy do Instituto de Psicologia da USP, onde são analisados os
efeitos de tratamento a curto e longo prazo para esse tipo de caso.
Este projeto visa desenvolver um sistema de auxílio para a aquisição de dados sobre a
espessura das camadas adiposa e muscular. De forma que o médico decida com maior precisão o
tipo de tratamento, medicamento, alimentação, entre outros, cruzando informações de medidas
adquiridas pelo sistema no corpo do paciente com informações fisiológicas ideais para este.
O hardware do sistema é basicamente composto por: um sensor de ultra-som que faz a
aquisição dos sinais referentes às freqüências em que a camada de gordura e a muscular
refletirão a onda mecânica do ultra-som, e um microcontrolador para fazer a recepção dos dados
do sensor e enviá-los para o computador.
O software apresentará as medições realizadas pelo hardware e ajudará o diagnóstico,
informando as condições ideais, que variam a cada paciente, com relação ao peso, idade e altura.
O usuário pode armazenar todas as informações do paciente em um banco de dados, e
acompanhar a evolução do paciente ao decorrer do tratamento.
A falta de um sistema de medição por ultra-som para dados mais precisos tanto da
espessura da camada de gordura, mas principalmente da camada muscular, fortalece a
necessidade de desenvolver um sistema brasileiro. Esse tem como meta o baixo custo final, pois
o equipamento disponível hoje no mercado nacional é de origem estrangeira, e tem um preço
muito elevado.
Vários motivos foram considerados para que o ultra-som fosse escolhido como a forma de
aquisição de dados. É uma técnica de baixo custo para obtenção de imagens em tempo real, as
quais fornecem informações sobre as propriedades elásticas dos tecidos. Além disso, é um
método não invasivo e não possui propriedades ionizantes como os raios X.
O software e o hardware foram desenvolvidos em paralelo até a fase em que são feitos os
testes de integracão das duas unidades. O principal objetivo foi completar o hardware, com a
14
aquisição do sinal, tratamento do mesmo, análise pelo microprocessador e após o resultado,
transmitir os dados para o computador através de uma interface serial. Após, aprimorar a
interface gráfica do software e calibrar o sistema.
15
CAPÍTULO 2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 - Tecido Adiposo
O tecido adiposo, ou gorduroso, é um tipo de tecido conjuntivo frouxo no qual
fibroblastos aumentam de tamanho e armazenam gordura. O tecido adiposo forma a camada que
reveste internamente a pele, conhecida como camada subcutânea. Em virtude de sua localização,
o tecido adiposo pode isolar o organismo das temperaturas do meio externo. Ele se forma a partir
de agrupamentos de células do tecido conjuntivo reticular altamente vascularizado, no qual
ocorrem depósitos de gordura. A gordura se acumula no interior do citoplasma das células
reticulares que posteriormente perdem os prolongamentos citoplasmáticos e se tornam esféricas.
A classificação do tecido adiposo se baseia na função exercida pelo tecido, na sua
localização e principalmente pela forma de organização e pigmentação dos grânulos de gordura
intracitoplasmáticos. Assim sendo, encontramos dois tipos diferentes de tecido adiposo: o branco
ou o pardo.
O tecido adiposo branco ou unilocular, caracterizado por um rico suprimento sanguíneo e
diferenciando-se de outros tipos de tecido conjuntivo por apresentar como seu principal
componente as células em escassa quantidade de substância fundamental, e o tecido adiposo
pardo ou multilocular, onde sua característica mais notável é a presença de múltiplas e pequenas
gotículas lipídicas individuais, distribuídas por todo o citoplasma (STOLK, 2001).
A Figura 1 mostra o tecido adiposo e aponta as células adiposas.
Figura 1: Tecido Adiposo (SERNIK, 1999).
16
2.2 – Tecido Muscular
O tecido muscular é, individualmente, a maior massa de tecido corporal, correspondendo
a 40 – 45% do peso do indivíduo. Pode ser dividido em elementos elásticos e inelásticos. Os
elásticos são constituídos pelas fibras musculares que se reúnem para formar os fascículos que,
por sua vez, darão origem ao músculo propriamente dito. As estruturas inelásticas são compostas
pelos tecidos de conexão e pelas fáscias musculares que formam verdadeiras bainhas ao redor
dos elementos elásticos. Assim, envolvendo cada fibra muscular, tem-se o endomísio, que
consiste de uma extensa rede de capilares e nervos. Circulando os fascículos, encontra-se o
perimísio, que incluem em sua formação vasos sanguíneos, nervos, tecido conjuntivo e adiposo.
A Figura 2 demonstra a constituição da fibra muscular.
Figura 2: Tecido Muscular (SERNIK, 1999).
17
A arquitetura muscular é fundamental para a determinação de sua função. Os fascículos,
em geral, orientam-se obliquamente ao maior eixo longitudinal do músculo, em várias
disposições, e cada uma dessas configurações permite um tipo de movimento e de resistência
muscular. Como exemplo, têm-se os músculos pararelos, unipeniformes, bipeniformes,
circumpeniformes e fusiformes, ilustrados na Figura 3.
Figura 3: Tipos dos Músculos (SERNIK, 1999).
Os músculos peniformes(uni, bi ou circumpeniformes) são menos suscetíveis a
estiramentos. Possuem maior força de contração devido a sua organização, fazendo com que haja
recrutamento de um maior número de fibras curtas em paralelo. Permitem levantar um peso
maior em distâncias menores e são observados principalmente nos membros.
Cada músculo é composto por, pelo menos, um ventre que apresenta uma origem e uma
inserção. Origina-se do osso ou do tecido conjuntivo denso, diretamente ou através de um
tendão, inserindo-se distalmente em uma estrutura óssea por meio de outro tendão (SERNIK,
1999).
18
2.3 - Hardware
2.3.1 - Ultra-som
Ultra-som é definido como qualquer onda sonora com freqüência maior que 20 kHz, este é
o limite audível pelo ouvido humano. Suas aplicações técnicas remontam ao desenvolvimento
tecnológico do período entre guerras e, ao desenvolvimento dos sonares utilizados na detecção
de submarinos e de cardumes de peixes na pesca industrial. Nessa época, surgiram os trabalhos
pioneiros da utilização do ultra-som no diagnostico médico, a partir do trabalho dos irmãos
Dussik, na Áustria, durante a década de 30.
Aplicado ao diagnóstico médico:
• Mostra os tecidos, vasos sangüíneos, órgãos internos e seus movimentos, por meio
da ultra-sonografia.
• Torna audível o movimento do sangue por meio do efeito Doppler.
O ultra-som consiste em vibrações mecânicas de comportamento periódico, ou seja, uma
onda que se propaga longitudinalmente através de um meio material. Consiste fundamentalmente
em transmissão de energia cinética, sem transmissão de matéria associada. É gerada pela
aplicação de um sinal elétrico a um dispositivo transdutor com características piezoelétricas. O
sinal elétrico é um pulso de curta duração, uma salva de senóides ou ondas retangulares.
Diferenças de pressão periódicas em determinado meio propagam-se ao longo desse,
constituindo as ondas sonoras, sem que as partículas desse meio sejam deslocadas durante o
processo.
Podemos representar graficamente este fenômeno como uma senóide em que picos e vales
correspondem às situações de compressão e rarefação do meio submetido à onda acústica.
Variáveis acústicas que determinam o comportamento de propagação de uma onda sonora
são: pressão no meio de propagação e pressão desenvolvida pela própria onda sonora, densidade
do meio de propagação, temperatura do meio de propagação e movimentação de partículas.
Abaixo, apresenta-se em uma relação de parâmetros de caracterização do ultra-som:
• Período (T) – é o tempo necessário para que o sinal do ultra-som volte a se repetir.
• Comprimento de onda (λ) - é a distância entre valores repetidos num padrão de
onda.
• Freqüência (f) – número de períodos por segundo, medido em Hertz (Hz).
• Intensidade – é a potencia de uma onda sonora em dada área de propagação.
• Amplitude (a) - é uma medida escalar não negativa da magnitude de oscilação de
uma onda.
19
Velocidade de Propagação (c) – velocidade com que a variável acústica se propaga ao
longo de um determinado meio. Fatores determinantes são a densidade (massa por volume) e a
rigidez do meio.
Na ultra-sonografia utilizamos estes parâmetros para adquirir uma medida a partir dos ecos
gerados pelas interfaces existentes na amostra analisada, que no caso serão o músculo e a
gordura. A ultra-sonografia é um método de excitação-resposta. Ou seja, um pulso ultra-sônico é
transmitido por meio de amostra, e os ecos gerados pelas diversas interfaces nesta amostra são
detectados e processados na forma de medidas. O comportamento de reflexão dessas interfaces
depende das impedâncias acústicas dos meios que se encontram nesta interface.
Esse projeto usa duas freqüências diferentes de ultra-som, pois temos duas estruturas
diferentes para serem medidas. Porém, usar-se-á o mesmo princípio para efetuar a medição das
duas camadas, o princípio da reflexão.
2.3.1.1 - Modo A
Esse modo, como os demais (exceto o Doppler contínuo), tem como base a técnica pulso-
eco, na qual um pulso de ultra-som de curta duração é transmitido por um transdutor. Esse pulso
viaja através do meio que está sendo investigado. E, toda vez que ocorre mudança da impedância
acústica do meio, ocorrem reflexões que podem ser captadas pelo mesmo transdutor. O tempo
decorrido entre a transmissão do pulso, e a recepção do eco é proporcional à profundidade de
penetração. O que possibilita o mapeamento unidimensional das interfaces na direção de
propagação do campo. A Figura 4 demonstra o circuito do modo A.
Figura 4: Exemplo de um circuito Modo A (GEMA, 2002).
20
O circuito aplica um pulso de curta duração (entre 10ns e 500ns, dependendo da freqüência
do transdutor) e alta amplitude (da ordem de centenas de volts) ao transdutor, através do circuito
de chaveamento T/R. Esse, por sua vez, isola os circuitos de recepção durante a aplicação do
pulso de alta energia para evitar saturação, sobrecarga e danos dos mesmos. E durante a
recepção, deixa passar os ecos de baixa amplitude (da ordem de 1 mV a 200 mV, dependendo da
atenuação do meio e da energia inicial aplicada ao transdutor).
O transdutor gera uma onda ultra-sônica (pulso incidente) que se propaga no tecido e sofre
reflexões nas interfaces dos meios 1 e 2 (Z1/Z2 e Z2/Z1). Os ecos gerados nessas interfaces são
captados pelo transdutor (que passa a operar como receptor), amplificados e condicionados nos
circuitos de recepção. Para tanto são usados circuitos demoduladores, que geram a envoltória do
sinal, controle de ganho variável com o tempo, circuitos que fazem compressão logarítmica para
permitir que ecos muito longos ou muito curtos sejam mostrados na mesma escala,
comparadores de limiar, filtros analógicos.
Existem mais três modos de funcionamento do ultra-som, que são o Modo B, que gera
imagens bidimensionais, o Modo M, que analisa quali e quantitativamente movimentos e
estruturas e Modo Doppler Contínuo, que é usado quando há um movimento relativo entre a
fonte emissora e a receptora.
2.3.1.2 – Modo B
O Modo B produz uma imagem bidimensional pela combinação dos sinais do modo A
em várias direções, obtidos pelo deslocamento mecânico do transdutor. A posição do transdutor
é determinada pelo ângulo entre a armação, que serve para sustentar e direcionar o mesmo, e
uma determinada referência.
Este modo pode ser melhor entendido considerando-se uma linha no modo A, modificada
de tal forma que a amplitude do sinal recebido não cause deslocamento vertical do feixe do tubo
de raios catódicos, mas sim aumento ou diminuição do brilho. Da mesma forma que no modo A,
o eixo na direção de propagação do pulso representa a profundidade de penetração ou distância.
A Figura 5 mostra como uma linha do modo B pode ser obtida a partir do modo A para o
mesmo objeto.
21
Figura 5: Linha do modo B a partir do modo A (GEMA, 2002).
A Figura 6 mostra o diagrama de blocos de um equipamento no modo B com varredura
manual.
Figura 6: Diagrama em blocos do modo B (GEMA, 2002).
Os circuitos para geração do pulso de excitação do transdutor, chaveamento, amplificação
e condicionamento dos ecos recebidos são semelhantes aos descritos anteriormente para os
equipamentos no modo A. Sendo que a diferença está no fato de a saída do circuito de recepção,
neste caso, modelar o brilho de cada linha no display (TRC).
A direção de cada linha (dada pelo ângulo q) é determinada pelos transdutores de posição
adaptados ao suporte para o transdutor ultra-sônico. Após a varredura completa da região
desejada, a imagem em duas dimensões é atualizada no display.
Uma das vantagens, da varredura manual, é que o médico pode movimentar o transdutor
para dar ênfase às estruturas de seu interesse. Todavia, esse tipo de varredura não é adequado
22
para mostrar estruturas em movimento como, por exemplo, batimento cardíaco de um feto.
Nesses casos, faz-se necessário o uso de outros métodos de varredura, para obter imagens em
tempo real, como as varreduras mecânica ou eletrônica.
As Figuras 7 e 8 mostram, respectivamente, alguns modos de varredura mecânica para
obter setores no modo B, e o mecanismo de funcionamento de um arranjo de cinco elementos em
um transdutor matricial linear para fazer a varredura eletrônica, na qual o direcionamento do
feixe é obtido por meio de atrasos na excitação dos transdutores.
Figura 7: Varredura Mecânica (GEMA, 2002).
23
Figura 8: Mecanismo de Funcionamento (GEMA, 2002).
As imagens de ultra-som geralmente são bidimensionais (2D), não sendo possível obter
imagens tridimensionais (3D), embora as pesquisas nesta área estejam em rápido
desenvolvimento.
Contudo, é possível transformar imagens 2D obtidas por ultra-som em imagens 3D através
de adaptações nos transdutores e nos processos de armazenamento das imagens.
2.3.1.3 – Modo M
Essa configuração é usada para analisar, quali e quantitativamente, movimentos e
estruturas, como válvulas cardíacas. Esse modo possui algumas características do modo A e
outras do modo B. Como nesse último, o brilho da linha mostrada é modulado de acordo com a
amplitude do sinal recebido (similar ao modo A). Porque os ecos são coletados em apenas uma
direção, e apresentados na direção horizontal do monitor.
A deflexão vertical no monitor é controlada por uma variação lenta da tensão de rampa,
de tal forma que linhas sucessivas são apresentadas de cima para baixo. Qualquer movimento da
estrutura ao longo do campo ultra-sônico estará sendo representado como um movimento
horizontal. A Figura 9 mostra a configuração de um equipamento neste modo.
24
Figura 9: Configuração de equipamento Modo M (GEMA, 2002).
2.3.1.3 – Doppler contínuo ou Pulsado
O efeito doppler é definido como o desvio da freqüência que ocorre com um sinal sonoro
ou eletromagnético quando há movimento relativo entre a fonte emissora e o receptor.
Como já mencionado, na interface entre dois materiais com impedâncias acústicas
diferentes, parte da potência ultra-sônica emitida é refletida e outra parte é transmitida ao meio
seguinte. Se a interface for estacionária, o feixe refletido retorna ao transdutor com a mesma
freqüência do sinal emitido. No caso de estruturas móveis (por exemplo, hemácias em uma
artéria), o sinal que retorna ao transdutor sofre dois desvios de freqüência:
• Primeiramente o alvo atua como um receptor móvel, de forma que o sinal por ele
recebido apresenta um comprimento de onda diferente do emitido;
• Depois o alvo passa a atuar como uma fonte emissora móvel, enviando sinais com
o mesmo comprimento de onda, mas que em função de seu movimento, são
captados pelo transdutor com outro comprimento de onda.
O desvio doppler, do ponto de vista do transdutor, é a diferença entre as freqüências por
ele emitida e recebida, e conforme mostrado mais adiante, é proporcional à velocidade relativa
entre a fonte e o observador.
O diagrama da Figura 10 mostra um transdutor transmissor, que é o responsável pela
emissão de ondas ultra-sônicas, as quais são refletidas pelas partículas em movimento. Essas
25
ondas refletidas, que com o movimento das partículas sofreram o efeito Doppler, são então
captadas pelo transdutor receptor.
Figura 10: Diagrama em blocos de um sistema de Doppler Genérico (GEMA, 2002).
Pode-se dizer, portanto, que o sinal refletido consiste no sinal transmitido (portadora),
modulado em freqüência pela velocidade das partículas (modulante).
Um circuito demodulador FM faz a multiplicação (batimento em freqüência) do sinal
captado pelo receptor, usando como portadora o sinal vindo do oscilador. Esse sinal demodulado
corresponde então à soma e à diferença em freqüência dos dois sinais originais. Tal diferença de
freqüências, denominada desvio doppler, geralmente é um sinal audível (20 kHz a 20kHz),
podendo ser ouvido em alto falante.
Entre as configurações possíveis para equipamentos operando no modo doppler pode-se
destacar dois modos de operação: o doppler contínuo e doppler pulsátil.
No sistema doppler de ondas contínuas há a necessidade de dois transdutores, um
transmissor e um receptor, geralmente montados em um único encapsulamento. Já o sistema
doppler pulsátil pode usar configurações com dois transdutores ou apenas um.
Atualmente a maioria dos equipamentos inclui sistemas doppler para determinar a direção
e a velocidade do fluxo sangüíneo. Alguns deles incluem o doppler de ondas contínuas (CW) e
pulsáteis (PW).
O modo contínuo (CW), método de operação mais simples, é usado para análises de fluxo,
em que não há necessidade de selecionar a profundidade. Ou seja, ele recebe informações de
26
todos os refletores em movimento no caminho do feixe, e determina a velocidade máxima do
fluxo na área analisada.
Já os equipamentos com doppler pulsátil permitem ao operador selecionar a área de
interesse para análises de fluxo usando cursores superpostos na imagem 2D (modo duplex).
Alguns deles representam o fluxo no monitor como uma imagem colorida (CFM – doppler color
flow mapping), por onde são acessadas simultaneamente a direção e a velocidade relativa do
fluxo sangüíneo em vários pontos ao longo do caminho do feixe. O resultado é uma imagem
hemodinâmica do coração ou grandes vasos, que é útil para detectar estenoses e defeitos nas
válvulas cardíacas.
Os sistemas CFM usam combinações de vermelho, verde e azul (RGB) para mostrar as
cores nas imagens 2D. Geralmente, nos estudos cardíacos, o vermelho indica fluxo na direção do
transdutor e o azul no sentido contrário. Em estudos vasculares, as cores são invertidas. Tons de
branco ou amarelo são adicionados ao fundo colorido para indicar fluxos mais intensos e o verde
para indicar áreas de turbulência.
Outra técnica, que vem sendo usada recentemente nos equipamentos, é a determinação da
potência espectral do desvio doppler (power doppler). Esta pode ser usada como uma
característica a mais na técnica CFM. Ela aumenta a sensibilidade às variações do fluxo, e
apresenta bons resultados. Mesmo quando o transdutor é posicionado em ângulos
perpendiculares à direção do fluxo, o que não pode ser visualizado nos sistemas doppler padrão.
Esta técnica pode produzir imagens sonográficas que não são obtidas com outras técnicas e
também mostra sinais de doenças congênitas no coração de fetos. Alguns sistemas apresentam o
modo triplex e mostram imagens 2D em tons de cinza, a potência espectral do desvio doppler e o
mapa do fluxo em cores, e são usados para quantificar fluxo e anomalias em pequenos
vasos(GEMA, 2002).
27
2.3.2 - Transdutor Piezoelétrico
Um transdutor é um sistema que transforma uma forma de energia em outra forma para
fins de medida. Ele mede uma forma de energia que está relacionada a outra através de uma
relação conhecida. Assim, por exemplo, medimos pressão utilizando um transdutor que
transforma a força exercida pela pressão em uma tensão elétrica proporcional a pressão. O
transdutor é um sistema completo que produz um sinal elétrico de saída proporcional à grandeza
sendo medida. O sensor é apenas a parte sensitiva do transdutor. Um tipo de transdutor é
elaborado a partir de cristais naturais denominados cristais piezoelétricos. Eles transformam
energia elétrica em energia mecânica e vice-versa.
O nome piezoelétrico vem do grego piezin, que significa esmagar, achatar. Esses
elementos têm a propriedade de produzir uma tensão elétrica em determinado eixo quando
comprimidos em outro. E vice-versa, se aplicarmos um sinal elétrico no eixo elétrico, ele vai
produzir um alongamento mecânico no eixo mecânico. Algumas cerâmicas como o titanato de
bário, apresentam propriedades piezoelétricas desde que submetidas a um tratamento
termoelétrico durante o processo de fusão. Estes cristais são utilizados como geradores de ultra-
som devido à alta freqüência de ressonância mecânica aliada à alta eficiência mecânica.
A Figura 11 apresenta um transdutor piezoelétrico em um recorte longitudinal. É possível
observar a massa e o cristal que oscilam devido a uma corrente através do conector. ( Pertence,
2003)
Figura 11: Exemplo de um transdutor piezoelétrico visto por dentro (Pertence, 2003).
28
2.3.3 – Filtros
Um filtro elétrico é um quadripolo capaz de atenuar determinadas freqüências do espectro
do sinal de entrada e permitir a passagem dos demais.
Os filtros podem ser classificados sob três aspectos:
• Quanto à função executada;
• Quanto à tecnologia empregada;
• Quanto à função-resposta utilizada.
O primeiro nos permite considerar quatro tipos básicos de filtros:
• Passa-Baixa (PB): só permite a passagem de freqüências abaixo de uma
freqüência determinada fc (freqüência de corte). As freqüências superiores são
atenuadas.
• Passa-Alta (PA): só permite a passagem de freqüências acima de uma freqüência
determinada fc (freqüência de corte). As freqüências inferiores são atenuadas.
• Passa-Faixa (PF): só permite a passagem de freqüências em uma faixa delimitada
pelas fc1 e fc2, respectivamente, freqüência de corte inferior e superior. As
freqüências situadas fora da faixa entre fc1 e fc2 são atenuadas.
• Rejeita-Faixa (RF): só permite a passagem de freqüências fora da faixa delimitada
pelas fc1 e fc2, respectivamente, freqüência de corte inferior e superior. As
freqüências situadas dentro da faixa entre fc1 e fc2 são atenuadas.
O segundo aspecto nos permite classificar os filtros considerando a tecnologia empregada
na construção:
• Filtros Passivos: são construídos apenas com elementos passivos, tais como:
resistores, capacitores e indutores.
• Filtros Ativos: são construídos com elementos passivos associados a elementos
ativos, tais como válvulas, transistores ou amplificadores operacionais.
• Filtros Digitais: utilizam componentes digitais, onde o sinal é convertido por um
conversor analógico-digital, filtrado e reconvertido para analógico.
O terceiro aspecto, que diz respeito à função-resposta, nos permite classificar em:
• Butterworth
• Chebyshev
• Cauer
• Entre outros.
29
Para implementar os filtros podemos utilizar tanto a estrutura VCVS, como a estrutura
MFB. O que difere entre uma e outra é que a MFB (multiple-feedback) é uma estrutura de
realimentação múltipla, enquanto a VCVS (voltage-controlled voltage source) é uma estrutura
de fonte de tensão controlada por tensão.
Ambas as estruturas possuem algumas vantagens que as tornam muito usadas na prática,
como boa estabilidade, baixa impedância de saída, facilidade de ajuste de ganho e de freqüência,
requerem poucos componentes externos, entre outras. Porém, o máximo valor da ordem dos
filtros implementados com essas estruturas é 10.
2.3.3.1 – Filtro Passa-Baixa de Segunda Ordem
A Figura 12 mostra um filtro PB de segunda ordem com a estrutura MFB.
Figura 12: PB MFB de segunda ordem (Pertence, 2003).
Os resistores R1 e R2 controlam o ganho do filtro, conforme a equação 1. Essa estrutura
possui fase invertida, esse é o motivo do sinal negativo na fórmula do ganho.
1
2
R
RK −=
eq. 1
Os cálculos de R1, R2, R3, R4, C1 e C2 estão indicados nas equações 2,3,4,5 e 6.
fcC
102 ≅ eq. 2
)1(42
2
1+
≤Kb
CaC eq. 3
30
( )
cwKCbCCaaC
KR
+−+
+=
)1(4
12
212
22
2
2 eq. 4
K
RR 2
1 = eq. 5
22
21
3
1
RwCbCR
c
= eq. 6
Aconselha-se a escolha de um valor comercial para 2C . A partir da escolha de 2C
podemos determinar os valores dos outros componentes.
As variáveis a e b são valores pré-determinados, onde n corresponde a ordem do filtro.
Para a montagem de filtros Butterworth, utiliza-se os valores da Tabela 1.
TABELA 1: Valores até ordem 8
Quando a montagem é Chebyshev, utilizam-se os valores da Tabela 2. PR corresponde às
amplitudes dos RIPPLES.
31
TABELA 2: Valores até ordem 6
2.3.3.2 – Filtros de Ordem Superior à Segunda Ordem Para obter filtros de ordem superior à segunda, associamos em cascata filtros Passa-Alta e
Passa-Baixo de primeira ou segunda ordem. Por exemplo, para obtermos um filtro Passa-Baixa
de sexta ordem, associamos três estágios Passa-Baixa de segunda ordem. Para um filtro de quinta
ordem, associamos dois estágios Passa-Baixa de segunda ordem seguido de um estágio Passa-
Baixa de primeira ordem. A Figura 13 ilustra esses exemplos de associações.
Figura 13: Filtros de ordem superior (Pertence, 2003).
32
Cada estágio deve ser projetado como se fosse um estágio independente. Os valores de a
e b são obtidos nas Tabelas 1 e 2, de acordo com a função-resposta desejada. A associação pode
ser feita utilizando tanto a estrutura MFB quanto a VCVS, porém numa mesma associação não
deve-se usar estruturas distintas.
O ganho de uma associação em cascata é dado pelo produto dos ganhos de cada estágio,
tornando-se necessário distribuir o ganho total entre os estágios, de modo que o produto dos
ganhos de cada estágio seja igual ao ganho total do filtro. Uma associação com m estágios e
ganho total Kt nos permite obter um ganho para cada estágio denominado K, dado por:
m KtK =
2.3.3.3 – Filtros Passa-Faixa
Os filtros Passa-Faixa também podem ser implementados com qualquer uma das
estruturas MFB ou VCVS, e os filtros podem ser tanto ativos como passivos. Para projetar filtros
Passa-Faixa, pode-se utilizar uma associação em cascata de filtros Passa-Alta e Passa-Baixa. A
Figura 14 ilustra essa forma de elaboração do filtro. (Pertence, 2003)
Figura 14: Filtro Passa-Faixa (Pertence, 2003).
Em um filtro Passa-Faixa, apenas freqüências entre a fc1 e fc2, respectivamente
freqüência de corte inferior e superior, são permitidas a passagem. Freqüências fora dessa faixa
são atenuadas. Para determinar a freqüência de corte central do filtro, fo, utilizamos a fórmula a
seguir:
2.1 fcfcfo =
33
2.3.4 - Detector de Pico
A função de um detector de pico é manter o valor da tensão de pico da entrada (Vi) na saída,
ou seja, Vo = Vpico. Para se conseguir esta função, o circuito segue a tensão de entrada até que a
tensão de pico seja alcançada. Este valor é então mantido indefinidamente (idealmente) até que
um novo pico, de maior valor, apareça e neste caso, o valor de saída é atualizado para o novo Vp.
A Figura 15 demonstra graficamente como seria a saída do detector de pico. A linha preta
seria o sinal de entrada (Vi), enquanto a linha azul representa o sinal de saída (Vo).
Figura 15: Gráfico de funcionamento do detector de pico
A Figura 16 demonstra o circuito básico de um detector de pico, onde o capacitor é
carregado quando S1 está fechado, e descarregado quando S2 está fechado. É um detector de
pico positivo.
Figura 16: Circuito Básico
34
Detectores de pico têm aplicações em instrumentação de teste e medição, bem como em
modulação em amplitude (AM).
Com o auxílio de amplificadores operacionais, podemos obter um circuito otimizado.
Podemos observar na Figura 17 um detector de pico não-inversor melhorado, onde A2 serve para
manter “holding times” mais longos. A1 deve ter um alto CMRR, para rejeitar ruídos de modo
comum, D2 evita sobrecarga de A1, pois só conduz quando a tensão de saída for maior que a
tensão de entrada, Vi < Vo. Cf evita “overshoot”, e sua utilização é opcional (PERTENCE,
2003).
Figura 17: Circuito não-inversor melhorado (Pertence, 2003).
35
2.3.5 – Oscilador com Ponte de Wien Osciladores são circuitos cuja função é produzir um sinal alternado a partir de uma fonte
de alimentação contínua. Em outras palavras, um oscilador não necessita de um sinal de entrada
externo, pois basta que o mesmo seja alimentado por uma fonte CC ( do qual o circuito retira a
energia ) para produzir o sinal alternado de saída.
Basicamente existem dois tipos de osciladores:
• Osciladores Harmônicos: produzem sinais senoidais.
• Osciladores de Relaxação: produzem sinais não-senoidais.
Como exemplo de osciladores harmônicos podemos citar o oscilador em ponte de Wien.
Este é o mais popular dentre os osciladores harmônicos, pois apresenta ótima performace e uma
saída senoidal praticamente perfeita. Existem, entretanto, outros tipos de osciladores harmônicos.
Como por exemplo o Oscilador de Armstrong, de Colpitts, o de Hartley, entre outros.
Entre os osciladores de relaxação podemos citar alguns tipos básicos, como o gerador de
onda dente-de-serra, multivribrador astável, entre outros. Para produzir pulsos de disparo para
tiristores ( chaveadores ligados através de pulsos ), usa-se um oscilador com UJT.
2.3.5.1 – Ponte de Wien A Ponte de Wien é utilizada para medições de freqüências. A Figura 18 mostra o circuito
de uma ponte de Wien.
Figura 18: Ponte de Wien (Pertence, 2003).
36
O dispositivo M é um indicador de nulidade ou balanceamento capaz de responder às
variações de correntes alternadas do circuito. Esse dispositivo pode ser desde um par de fones de
ouvidos até mesmo um amplificador de CA com um medidor na saída.
Quando a ponte está em equilíbrio ou balanceada, temos a seguinte condição:
2
1
2
1
4
3
C
C
R
R
R
R+=
Nesse caso, a freqüência da ponte será dada por:
21212
1
CCRRfo
π=
2.3.5.1 – Oscilador com Ponte de Wien Se associarmos a ponte de Wien com um amplificador operacional, através da
realimentação positiva, obteremos um circuito denominado oscilador com ponte de Wien. A
freqüência de balanceamento (fo) da ponte é, também, a freqüência de oscilação do circuito. A
Figura 19 apresenta a estrutura básica do oscilador com ponte de Wien.
Figura 19: Ponte de Wien com Amplificador Operacional (Pertence, 2003).
37
O controle ou limitação de amplitude pode ser feito de várias formas: utilizando uma
lâmpada em lugar de R4, utilizando diodos de sinal em antiparalelo ou diodos Zener em
oposição.
A Figura 20 apresenta o circuito de um oscilador com ponte de Wien, no qual o controle
de estabilidade e amplitude é feito por dois diodos de chaveamento rápido e um potenciômetro.
O potenciômetro duplo R regula a freqüência da onda, enquanto o potenciômetro POT controla a
amplitude do sinal.
Figura 20: Circuito melhorado do oscilador de ponte de Wien (Pertence, 2003).
Na Figura 20, iguala-se entre si os resistores e os capacitores do circuito ressonante, e
portanto, dá o seguinte resultado ou condição de projeto:
4233 RPOTRR =+=
E a freqüência de oscilação do circuito será dada por:
RCfo
π2
1=
38
2.3.6 – Microcontrolador Os microcontroladores são chips que integram em seu inteiror outros circuitos integrados,
como por exemplo conversor A/D, entre outros.
O PIC16F877, fabricado com a tecnologia CMOS pela Microchip dispõe de:
• Processador RISC (Reduce Instrution Set Computer)
o 35 instruções de 14 bits;
o Freqüência máxima de funcionamento - 20Mhz (freqüência do cristal);
o Cada ciclo de relógio corresponde à freqüência do cristal / 4 = 5Mhz,
efetuando a cada segundo 5 MIPS (milhões de instruções por segundo);
o Tempo de execução das instruções normais: 1 ciclo de relógio;
o Tempo de execução das instruções de salto condicional (decfsz, incfsz, btfss,
btfsc), quando a executada a instrução de salto: 2 ciclos de relógio;
o Tempo de execução de instruções de salto incondicional (goto): 2 ciclos de
relógio.
• As seguintes características da memória;
o Memória de programa (FLASH) de 8K (words) de 14 bits;
o Cada instrução é codificada numa word de 14 bits;
o Memória de dados RAM de 368 bytes;
o Memória de dados EEPROM de 256 bytes;
o Stack de 8 níveis.
• As seguintes características de periféricos:
o 33 pinos de entrada/saída, agrupadas em 5 portas (PORTA com 6 pinos,
PORTB, PORTC e PORTD com 8 pinos e PORTE com 3 pinos);
o 3 timers, 2 de 8 bits(Timer0 e Timer 2) e 1 de 16 bits (Timer1);
o Conversor analógico/digital de 10 bits, com 8 canais de entrada analógica;
o USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter);
o 13 tipos de interrupções, por exemplo, interrupção externa RB0/INT, TMR0
timer overflow entre outras.
39
2.4 - Software
2.4.1 – Programação em Camadas
Desde o início do emprego de computadores para o auxílio e controle dos processos
concernentes à indústria e economia humanas, os computadores têm sido constantemente
aperfeiçoados, principalmente em termos de desempenho e portabilidade. Paralelamente, e
intimamente ligado ao desenvolvimento dos equipamentos, tem ocorrido também o
aperfeiçoamento das técnicas de programação.
Quando se fala em qualidade de software, muitos entendem que é algo com que se deve
começar a se preocupar depois que o código é gerado. Isto está errado. A preocupação com a
qualidade de software deve existir durante todo o processo de engenharia de software.
Outro ponto importante a se esclarecer é que, no caso de software, a produtividade não
pode ser analisada isoladamente. Sem o devido acompanhamento em paralelo da qualidade do
produto, a velocidade de produção é pouco significativa (Fenton, 1997).
Segundo Pressman (1995), a qualidade de software é “a conformidade a requisitos
funcionais e de desempenho explicitamente declarados, a padrões de desenvolvimento
claramente documentados e a características implícitas que são esperadas de todo software
profissionalmente desenvolvido.”
A qualidade de software é uma combinação complexa de fatores que variarão de acordo
com diferentes aplicações e clientes que as solicitam. A definição acima apresentada enfatiza três
importantes pontos:
• Os requisitos de software são a base a partir da qual a qualidade é medida. A falta
de conformidade aos requisitos significa falta de qualidade;
• Padrões especificados definem um conjunto de critérios de desenvolvimento do
software. Se os critérios não forem seguidos, o resultado será quase com certeza a
falta de qualidade;
• Mesmo que o software esteja adequado aos seus requisitos explícitos, se deixar de
cumprir seus requisitos implícitos (boa manutenibilidade, por exemplo), a
qualidade do software será suspeita.
Vários programadores definem a programação em camadas diferentemente. Abaixo,
apresenta-se os principais programadores que refletiram sobre esse assunto.
Para Thomas e Foz (1999), a idéia de programar em camadas é fundamentalmente uma
idéia de separação: diferentes serviços disponibilizados pelo programa, classificados por sua
função, são desenvolvidos separadamente. Integrados que estão no mesmo corpo, e
organicamente dispostos, nivelados pela distância a que se encontram dos dois extremos – o
40
usuário de um programa de computador e as informações que este último pretende acessar – tais
serviços recebem o nome de camadas.
Segundo Jorge A. Espinosa (2002) a idéia de programar em camadas consiste em utilizar
um método de desenvolvimento para os sistemas que permite aos desenvolvedores separá-los em
camadas distintas.
Para Espinosa na arquitetura three-tier (três camadas) as camadas recomendadas são: A
interface com o usuário, as regras de negócio e a base de dados.
Segundo Jacques Philippe Sauvé (2000) nesta arquitetura tem-se a camada de apresentação
(interface gráfica), a camada de aplicação (business logic) e a camada de dados. Este autor ainda
sustenta que os problemas de manutenção foram reduzidos, pois mudanças nas camadas de
aplicação e de dados não necessitam de novas instalações no desktop. Ele ainda deixa bem claro
que as camadas são lógicas, portanto, fisicamente, várias camadas podem executar na mesma
máquina e normalmente há separação física das máquinas.
Analisando o que cada um define, podemos dizer que ela é estruturada conforme a Figura
21.
Figura 21: Modelo de Programação em Camadas
Programar em camadas facilita porque o problema é dividido em várias áreas, ou em
várias regiões do problema. Ajuda a identificar erros de programação e isola áreas que tratam de
um assunto para que esta não interfira em outra (DA SILVA, 2003).
41
2.5 – Cronograma
• Março – pesquisa sobre ultra-som definindo quais freqüências usar para a camada
de gordura e camada muscular. Especificação do projeto.
• Abril – Pesquisa sobre os componentes considerando a disponibilidade e o custo.
Adquirir os componentes determinados.
• Maio – Testar componentes a serem utilizados. Começar a implementar hardware.
• Junho – Implementação do hardware e do software.
• Julho - Implementação do hardware e do software.
• Agosto - Implementação e finalização do hardware e do software. Unir hardware e
software.
• Setembro – Testes finais para hardware e software trabalhando simultaneamente.
• Outubro - Elaboração da Monografia
• Novembro - Elaboração da Monografia
• Dezembro - Elaboração da Monografia
42
2.6 – Custos Estimados
A Tabela 3 apresenta um estudo de Mão de obra empregada para o projeto. A Tabela 4
apresenta os custos de mateirais de trabalho, onde está incluído os gastos em aluguel de uma sala
comercial, equipamentos e softwares a serem adiquiridos para a implementação do sistema. Na
Tabela 5 estão relacionados os gastos com componentes do sistema, como por exemplo
microcontroladores, resistores, capacitores, amplificadores operacionais entre outros. Na Tabela
6 estão os cálculos dos impostos gastos no desenvolvimento e a totalização do custo do projeto.
TABELA 3: Custos com Mão de obra
Mão de obra
Direta
Horas Trabalhadas Valor Encargos Sociais Total
650 R$ 16,00 90,00% R$ 19.760,00
Orientador
Horas Trabalhadas Valor Encargos Sociais Total
80 R$ 5,90 90,00% R$ 896,80
Coordenador
Horas Trabalhadas Valor Encargos Sociais Total
40 R$ 0,95 90,00% R$ 72,20
Total R$ 20.729,00
TABELA 4: Custos com Materiais de Trabalho
Materiais de Trabalho
Instalações Área (m2) Valor por Hora Total
Laboratório 20 R$ 0,73 R$ 472,73
Pesquisa Custo por Mês Total
Impressão/Xerox/Encadernação R$ 20,00 R$ 160,00
Biblioteca R$ 36,00 R$ 288,00
Total R$ 448,00
Equipamentos Valor Custo por Hora Total
Osciloscópio - Tektronix - TDS-210 R$ 4.200,00 R$ 0,80 R$ 517,05
Gerador de Funções - Minipa - MFC-4200 R$ 1.200,00 R$ 0,23 R$ 147,73
Fonte Simples - Minipa - MPS-3003 R$ 630,00 R$ 0,12 R$ 77,56
43
Multímetro - Minipa - ET-2042 R$ 150,00 R$ 0,03 R$ 18,47
Gravador de PIC R$ 10,00 R$ 0,00 R$ 1,23
Protoboard - Toyo R$ 130,00 R$ 0,02 R$ 16,00
Ferramentas R$ 100,00 R$ 0,02 R$ 12,31
Notebook - HP Pavilon dv5000 R$ 12.000,00 R$ 2,27 R$ 1.477,27
Total R$ 2.267,61
Softwares Valor Custo por Hora Total
Microsoft Windows XP Professional R$ 769,00 R$ 0,15 R$ 94,67
Microsoft Office 2007 R$ 399,00 R$ 0,08 R$ 49,12
Microchip MPLAB R$ - R$ - R$ -
Orcad 10.5 (Capture) R$ 8.570,17 R$ 1,62 R$ 1.055,04
Orcad 10.5 (Layout) R$ 4.536,25 R$ 0,86 R$ 558,44
Total R$ 1.757,27
TABELA 5: Custos com Insumos
Insumos
Componentes Valor Quantidade Total
Microcontrolador PIC16F917 R$ 15,75 4 R$ 63,00
Ultra-Som 7,5 e 10 MHZ R$ 500,00 1 R$ 500,00
Tusb 3340 R$ 16,26 1 R$ 16,26
AD521 R$ 26,89 2 R$ 53,78
Conector USB-A Fêmea R$ 1,25 1 R$ 1,25
Regulador de Tensão - 78M33 R$ 1,16 1 R$ 1,16
Cristal de 12 MHz R$ 5,22 1 R$ 5,22
LEDs R$ 0,12 2 R$ 0,24
Resistores Diversos (10 unidades) R$ 1,00 20 R$ 20,00
Capacitores Diversos (pacote) R$ 2,20 10 R$ 22,00
Push Button R$ 0,25 5 R$ 1,25
Placa de Cobre - Face Simples R$ 8,80 10 R$ 88,00
Placa de Cobre - Face Dupla R$ 9,20 2 R$ 18,40
Papel Transfer R$ 3,60 5 R$ 18,00
Gel R$ 10,00 1 R$ 10,00
Ina128 R$ 25,32 2 R$ 50,64
Fretes Diversos R$ 200,00
Total R$ 1.069,20
44
TABELA 6: Custos com impostos e Total de Custos
Impostos
Subtotal Valor (%) Total
PIS / COFINS R$ 26.743,81 3,75 R$ 1.002,89
IPI R$ 26.743,81 12,00 R$ 3.209,26
ISS R$ 20.729,00 5,00 R$ 1.036,45
IR R$ 26.743,81 2,00 R$ 534,88
CPMF R$ 26.743,81 0,38 R$ 101,63
Total R$ 32.628,91
45
CAPÍTULO 3 – ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO
3.1 - Hardware
O hardware é responsável pela aquisição das medidas das camadas muscular e adiposa. É
composto de um transdutor de ultra-som, microcontrolador, filtros e uma interface serial, como
demonstra a Figura 22.
Figura 22: Diagrama em blocos de como funciona o hardware
A especificação do transdutor de ultra-som deve levar em conta a resolução axial desejada
e a atenuação acústica do meio. Quanto maior a freqüência do transdutor, menor o comprimento
de onda e, portanto melhor a resolução axial. O transdutor de ultra-som trabalhará com uma
frequência para a camada muscular e outra para a camada adiposa, sendo necessário utilizar um
transdutor de multifrequência. Para a camada adiposa o sistema usa uma frequência de 10MHz e
para a camada muscular uma frequênia de 7,5MHz. O transdutor é responsável em enviar ondas
de ultra-som para o meio determinado e receber as reflexões destes. A Figura 23 ilustra esse
princípio para a medição.
46
Figura 23: Forma como o transdutor funciona no projeto
Filtros garantirão que o sinal enviado pelo transdutor para o microcontrolador não seja
distorcido por ruídos.
O microcontrolador é responsável de interpretar os dados recebidos pelo transdutor e por
meio de cálculos determinar a medida de cada camada. Após essa etapa, o microcontrolador
envia via transmissão serial os resultados obtidos para a interface USB. O microcontrolador
usado é o PIC16F877. Ele possui transmissão serial, conversor A/D, memória suficiente para
armazenar o programa e seu preço é acessível.
A interface serial faz a ligação do software com o hardware. Ela é responsável em receber
os comandos enviados pelo software e transmití-los para o microcontrolador. Também envia o
resultado do microcontrolador para o programa. O conversor serial usado é o MAX232.
47
3.2 - Software
O software é um complemento do hardware. Pois é ele que disponibilizará os resultados
obtidos na medição. Além disso, ele é uma ferramenta de auxílio ao usuário do sistema e onde
este tem a oportunidade de cadastrar todos os seus pacientes e armazenar as medições realizadas,
para acompanhar a evolução do paciente. O software disponibiliza ferramentas para: cálculo de
Índice de Massa Corporal, um quadro comparativo relacionando altura, idade e peso do paciente
para analisar se ele está em seu peso ideal.
O programa, desenvolvido em C++, tem como objetivo uma fácil utilização pelo usuário
para melhorar o atendimento do paciente.
A Figura 24 demonstra um fluxograma que ajuda a compreender melhor o software e
suas funcionalidades. A primeira opção que o sistema disponibiliza para o usuário é a opção de
ligar e desligar o hardware. Essa função envia um sinal que faz com que o hardware seja ligado
ou desligado.
48
Figura 24: Fluxograma de como o software funciona
Uma vez ligado o equipamento, o sistema solicita ao usuário para carregar e visualizar
um cliente já cadastrado, ou cadastrar um novo cliente. Para visualizar os já cadastrados, é
possível fazer uma busca no banco de dados de pacientes procurando-os pelo nome ou código de
identificação, que é único para cada um. Para cadastrar um novo paciente, informações como
nome completo, data do nascimento, peso, altura, endereço residencial e telefone para contato
devem ser conhecidas. No cadastro, o médico pode cadastrar outros dados do respectivo paciente
como histórico médico, observações de cada consulta e outros relevantes ao tratamento.
Com o paciente já devidamente identificado com informações pessoais, o sistema pode
coletar dados deste, visualizando para o usuário as informações das medidas. Quando o usuário
ativa a opção de adquirir medidas, o software envia ao microcontrolador um sinal para que este
colete, por meio do transdutor, dados para o cálculo das medidas. Após as medições, essas são
armazenadas no banco de dados do cliente, que contém todas as medidas já efetuadas pelo
49
sistema. Com todos esses dados, o software dispõe de um comparativo que relaciona o peso,
idade e altura do paciente e suas condições físicas atuais com condições físicas ideais para o
mesmo.
O software não se restringe apenas em controlar o hardware. Ele busca auxiliar o usuário
no diagnóstico, acompanhar a evolução do paciente no decorrer do tratamento. O principal
objetivo do software é aumentar a precisão do diagnóstico disponibilizando um maior número
possível de informações do paciente para um tratamento eficaz, preciso e rápido.
50
CAPÍTULO 4 – PROJETO DE HARDWARE
O hardware é responsável pela aquisição, amplificação, tratamento e processamento do
sinal provenientes de ecos ultra-sônicos das camadas muscular e adiposa. O hardware é
composto por oito blocos, como ilustra a Figura 25.
Figura 25: Diagrama em blocos do Hardware
O transdutor envia ondas ultra-sônicas pulsadas que serão refletidas pelas camadas
adiposa e muscular. Essas ondas refletidas, chamados de ecos, são de baixa tensão, na escala de
mV. Devido a esse fato, se faz necessário o uso de um amplificador de instrumentação. Depois
de amplificado, o sinal passa por um filtro passa-faixa para eliminar ruídos de freqüências não
desejadas no sistema. Depois de filtrado, o sinal é retificado e passa por um detector de pico para
manter os ecos em tempo suficiente para que o microcontrolador determine seus valores. O
microcontrolador calcula o tempo dos ecos e envia este para o driver serial transmitir as
informações para o computador. O microcontrolador é responsável em ativar e desativar o
chaveador do transdutor de ultra-som, gerando assim um sinal pulsado para o transdutor.
51
4.1 - Detector de Pico
O detector de pico tem a finalidade de manter a tensão de pico de cada eco gerado na
medição via ultra-som, facilitando a análise de cada valor de pico por parte do microcontrolador.
Na entrada do detector de pico é ligado à saída do transdutor. Na saída temos o sinal com
os picos detectados. O sinal passa por esse sistema para determinar os valores válidos para
calcular a espessura da camada. O esquemático do circuito é demonstrado na Figura 26.
Figura 26: Esquemático do detector de pico
O valor do capacitor foi definido através de teste. Foi escolhido um capacitor que mantinha
a tensão por um tempo pequeno, pois os ecos do sinal de medição têm intervalos muito
pequenos. Assim, o capacitor deveria detectar o pico e descarregar rapidamente.
52
4.2 - Microcontrolador
O microcontrolador analisa o sinal saído do detector de pico e calcula através do tempo e
da quantidade de ecos a espessura da camada medida. Ele é responsável pelo controle de tempo
de transmissão do transdutor de ultra-som e também de enviar para a interface serial os dados da
medida.
Na Figura 27 pode-se observar que na porta A0 do microcontrolador temos o Sinal Pico a
Pico que se origina no detector de pico. A porta C0 é responsável pela lógica de ligar/desligar o
transdutor de ultrasom. Na porta B0 temos um push-button que habilita e desabilita a medição e
chaveia a alimentação do transdutor pela porta C0. Nas portas C6 e C7 são feitas as conexões
com o conversor serial.
Figura 27: Esquemático do microcontrolador PIC16F877
53
A Figura 28 apresenta o fluxograma do funcionamento do firmware, que aguarda o
recebimento de algum caracter pela porta serial para acionar uma interrupção. Em seguida, o
firmware compara o caracter recebido para identificar qual camada o hardware medirá. Após
identificada a camada, ele efetua a medição e envia para o software o nome da camada e o valor
do tempo calculado.
Figura 28: Fluxograma do Firmware
54
4.3 - Interface Serial
Responsável por transmitir os dados da medição para o computador, a interface tem como
conversor serial o MAX 232.
A Figura 29 apresenta o esquemático de como o conversor serial está montado. Os inputs
TXD e RXD estão ligados ao microcontrolador, sendo respectivamente pinos de leitura e escrita.
Os dados são enviados para a porta serial através dos pinos 12 e 14 do conversor, que são
respectivamente os pinos de escrita e leitura. O GND da porta serial é ligado ao mesmo GND do
circuito.
Figura 29: Esquemático conversor serial
55
4.4 – Simulação do Sinal
Devido a problemas e disponibilidade, o ultra-som a ser utilizado no projeto não foi
encontrado. Então para testar o hardware, foi necessário simular o sinal de saída do transdutor de
ultra-som. Para isso, foi usado um circuito para simular os ecos, composto de um oscilador
astável e um resistor variável. O oscilador astável foi utilizado para simular os ecos do sinal, e o
resistor para diminuir a amplitude do sinal, pois cada eco tem uma amplitude diferente que o
anterior. Ainda foi usado um somador não-inversor para somar os dois sinais e obter a simulação
do sinais do transdutor.
A Figura 30 mostra o esquemático do simulador.
Figura 30: Esquemático do simulador
A saída do somador gera o Sinal Ultra-som, que é ligado diretamente ao microcontrolador.
O oscilador astável gera uma onda quadrada com o tempo em amplitude baixa, de
aproximadamente 10ms e o tempo em amplitude alta de aproximadamente 10us. A Figura 31
representa a forma de onda gerada pelo oscilador.
56
Figura 31: Simulação de onda do oscilador.
Depois a onda é somada a tensão variável do resistor para gerar os ecos subseqüentes
para simular a onda. Após a soma a onda tem o formado demonstrado na Figura 32.
Figura 32: Simulação dos ecos.
57
4.5 – Filtro Passa-Faixa
Para eliminar frequências indesejáveis no circuitos, utiliza-se um filtro PF para atenuá-
las. O filtro foi construído utilizando o conceito de cascatear um filtro PA com um PB. O filtro
PB é de sexta ordem, utiliza a configuração MFB, com ganho total de 20 e tem frequência de
corte de 25 kHz. O filtro PA é passivo, de primeira ordem e frequência de corte 15 kHz.
A Figura 33 mostra o esquemático do filtro PF de 15 a 25 kHz.
Figura 33: Esquemático do filtro PF
58
4.6 – Oscilador com Ponte de Wien
Para gerar um sinal senoidal de oscilação para o cristal piezoelétrico, é usado um
oscilador com ponte de Wien. Foi calculado para oscilar em frequências entre 15 a 25 kHz
devido a testes premilinares. A Figura 34 apresenta o esquemático do oscilador. Note que na
resistência R é aconselhado utilizar um potenciômetro duplo, pois as resistências devem ser
iguais para o correto funcionamento do sistema, e também porque é ele o responsável em alterar
a frequência de oscilação.
Esse estágio também é composto por uma chave analógica, que é ativada e desativada
pelo microcontrolador e chaveia a oscilação para gerar ondas ultra-sônicas pulsadas.
Figura 34: esquemático do oscilador
59
4.7 – Fonte de Alimentação
Para alimentar o hardware, utilizou-se duas baterias de 6,5 V que fornece 4,5 A/h. As
baterias foram ligadas em série, fornecendo assim +6,5V, -6,5V e GND, como pode-se observar
na Figura 35. Usou-se também um regulador de tensão para 5V para fornecer a alimentação para
o microcontrolador.
Figura 35: Fonte de Alimentação
60
CAPÍTULO 5 – PROJETO DE SOFTWARE
O software de cálculo das camadas adiposa e muscular é responsável por enviar um
comando para o microcontrolador, informando este qual camada o usuário solicita a medição,
receber os dados gerados pelo hardware, tratá-los e disponibilizar para o usuário o valor da
espessura da camada correspondente. É responsável também por permitir o usuário de cadastrar
pacientes, registrando informações pessoais deste, além de guardar informações como peso,
altura, IMC, espessura da camada adiposa e muscular e gerar gráficos dessas mesmas
informações.
5.1 – Casos de Uso
Na Figura 36 estão relacionado os casos de uso do software. A seguir, temos as
descrições de cada caso de uso.
Figura 36: Ilustração dos Casos de Uso
• Caso de Uso: Gerenciar Pacientes.
• Atores: Usuário.
• Propósito: Gerenciar pacientes no sistema.
• Descrição: O usuário pode cadastrar novos pacientes no sistema, alterar dados de
pacientes já cadastrados e excluir pacientes.
61
• Caso de Uso: Medir.
• Atores: Usuário.
• Propósito: Efetuar medições via hardware.
• Descrição: O usuário pode medir as camadas muscular e adiposa do paciente.
• Caso de Uso: Consultar.
• Atores: Usuário.
• Propósito: Consultar pacientes cadastrados no sistema.
• Descrição: O usuário pode consultar pacientes cadastrados no sistema,
localizando-os por nome, RG ou CPF.
62
5.2 – Diagrama de Sequência
Baseado nos casos de uso definidos anteriormente foram desenvolvidos os diagramas de
seqüência.
A Figura 37 mostra o diagrama de seqüência do caso de uso Gerenciar Pacientes. O
usuário pode cadastrar novos pacientes, fornecendo nome, endereço, RG, CPF, histórico médico
e outras informações do paciente. Todas as informações cadastrais estão representadas no
diagrama como dados. Também é possível excluir pacientes já cadastrados no sistema. O usuário
pode alterar informações dos pacientes já cadastrados e também gerar gráfico do
desenvolvimento do paciente no decorrer do tratamento.
Figura 37: Diagrama de Seqüência do caso de uso Gerenciar Pacientes
Na Figura 38 temos o diagrama de seqüência do caso de uso Medir. O usuário pode
efetuar a medição da camada adiposa pela opção MedirAdiposa() ou efetuar a medição da
camada muscular pela opção Medir Muscular(). Esse caso de uso comunica-se com o hardware,
ligando e desligando-o.
63
Figura 38: Diagrama de Seqüência do caso de uso Medir.
O usuário pode pesquisar pacientes pelo nome, RG e CPF. Os parâmetros da pesquisa
estão representados com a palavra índice. É o que mostra a Figura 39, que representa o diagrama
de seqüência do caso de uso Consultar.
Figura 39: Diagrama de Seqüência do caso de uso Consultar.
64
CAPÍTULO 6 - RESULTADOS
Devido à falta do transdutor ideal para o projeto, que seria um transdutor de ultra-som de
elemento duplo que oscilassem nas freqüências de 7,5 e 10 MHz, que respectivamente são
refletidas pela camada adiposa e muscular. Teve-se que buscar outros transdutores para testar o
sistema. A seguir são relacionados os testes com os seus resultados.
6.1 – Testes com o trandutor de Ultra-som de um detector fetal
Foi realizado testes com o Detector Fetal DF-400 da empresa Imbracrios. Esse detector
possuía um transdutor de ultra-som para detectar o batimento cardíaco de pessoas, que oscilava
na freqüência de 2,25 MHz. Observa-se que o emissor e o receptor estão no mesmo cristal
piezoelétrico. O detector também era composto de um sistema oscilador e um amplificador de
som para escutar o batimento cardíaco.
Ao analisar o sinal-resposta do detector com a oscilação contínua, pode-se observar que
esse só respondia a movimentos em geral, como o batimento cardíaco, leves toques na barriga e
no suporte do cristal.
Outro teste feito com esse transdutor foi chavear a oscilação do cristal pra produzir um
sinal ultra-sônico pulsado. Para isso, foi utilizado a chave analógica 4051 e o microcontrolador
PIC16F877A para controlar o tempo de oscilação, como mostra a Figura 40. Porém, a resposta
do transdutor continuou sendo a mesma, só respondendo a movimentos.
65
Figura 40: Circuito chaveador Teste
Devido a esse fato, a utilização deste transdutor foi descartada por não responder a ecos
nem em sua emissão de ondas contínua, nem na emissão pulsada das ondas ultra-sônicas como
propõem o projeto.
66
6.2 – Testes com cristais piezoelétricos em forma de pastilha
Devido aos problemas apresentados pelos testes anteriores com o detector fetal, outra
alternativa foi procurada. É possível encontrar no mercado local, cristais piezoelétricos em forma
de pastilha, como pode ser visto na Figura 41.
Figura 41: Cristal Piezoelétrico em forma de pastilha
Foi utilizado para testes, dois cristais desse tipo. Um cristal é utilizado como emissor de
ondas ultra-sônicas, e outro cristal é utilizado como receptor.
Primeiro, ligamos o emissor em um gerador de funções em seu cristal (correspondente a
parte cinza da pastilha) e referenciamos com GND a parte dourada da pastilha, como pode ser
visto na Figura 42.
Figura 42: Como foi conectado as pastilhas
67
Posicionados um de frente para o outros, como mostra a Figura 43, foi possível analisar
que entre as freqüências de 15 a 25 kHz, o emissor conseguia enviar sinais de boa intensidade e
amplitude, e o receptor detectava o mesmo sinal do emissor com um nível baixo de tensão, na
escala de mV.
Figura 43: Posição de testes
Para o microcontrolador analisar o sinal, é preciso que esse tenha um bom nível de
tensão. Para isso, utilizou-se um amplificador de instrumentação e um filtro passa-faixa para
amplificar e filtrar o sinal.
Para testar esse tipo de cristal, posicionamos entre o emissor e o receptor da Figura 43 um
pedaço de bacon, que contém grande percentual de gordura em sua composição, para obter ecos
do sinal de ultra-som emitido. Testes com sinal contínuo e pulsados foram realizados.
Novamente o mesmo problema do teste com o detector fetal foi encontrado. A resposta
ao receptor só era alterada devido a movimentos no próprio receptor, como um leve toque sua
pastilha.
68
6.3 – Testes com simulador de ondas
Para testar o funcionamento do circuito, foi realizado testes com um simulador de ondas.
O hardware recebia uma onda simulada que percorria todas as suas etapas e até que o
microcontrolador determinava um tempo ∆t em que houveram ecos. Esse tempo é cronometrado
a partir de um eco com nível de tensão maior ou igual ao limiar inicial da medição, que habilita a
interrupção Timer0 do PIC, e parado quando outro eco com nível de tensão menor ou igual ao
limiar final da medição, que desabilita o Timer0.
Após o limiar final de medição ser atingido, o microcontrolador envia por meio da
comunicação serial o tempo dos ecos da onda simulada.
O software recebe o tempo dos ecos, que corresponde a ∆t na fórmula, e calcula a
espessura da camada utilizando a fórmula abaixo:
tVs ∆=∆ .
Onde V assume o valor de 1600 m/s para a camada muscular, e de 1480 m/s para a
camada adiposa. ∆s corresponde a espessura da camada em questão, e essa distância é dada em
milímetros.
A Figura 44 mostra o protótipo com o simulador de ondas.
Figura 44: Protótipo com Simulador
Os push-buttons correspondem, da esquerda para direita, a uma camada adiposa fina,
camada muscular normal, camada adiposa grossa e camada muscular grossa. Cada simulador
gera ondas com tempos aleatórios na faixa que corresponde cada uma das simulações.
69
Para calibrar o sistema foram utilizados dados de pesquisas e estudos, sobre medição de
espessuras de camadas do corpo humano, e resultados de medições efetuadas por equipamentos
semelhantes ao proposto nesse projeto.
70
CAPÍTULO 7 - CONCLUSÃO
Após os testes realizados foram levantados os aspectos positivos e pontos negativos na
elaboração do projeto.
7.1 – Aspectos Positivos
O desenvolvimento do projeto, desde a parte de transdutores até a parte de software,
proporcionaram uma oportunidade de colocar em prática conhecimentos adquiridos ao decorrer
do curso de Engenharia da Computação nas matérias pertencentes à grade curricular desde, como
Instrumentação Eletrônica e Biomédica, essenciais para esse projeto, Física, Engenharia de
Software entre outros.
Utilizando um simulador de ondas, o sistema conseguiu determinar, através do tempo
fornecido pelo hardware, valores bem próximos ao de estudos, pesquisas e outros equipamentos
que relacionam tempo, ultra-som e espessura de camadas.
A utilização do microcontrolador PIC foi uma boa escolha para o desenvolvimento do
projeto, pois é um componente versátil, possui várias funcionabilidades internas, fácil aquisição
no mercado local e foi possível modificar o firmware em questão de segundos.
A procura de diferente soluções para um mesmo problema, como foi o caso do transdutor
de ultra-som, foi uma das coisas mais importantes que aprendi nesse projeto. Não limitar-se a
apenas uma solução, todo problema pode ser resolvido de diversas formas.
7.2 – Aspectos Negativos
O grande ponto negativo do projeto foi a falta do transdutor de ultra-som adequado. Esse
transdutor não é encontrado no Brasil, e o preço no exterior é elevado. Isso dificultou
imensamente o desenvolvimento do projeto, e limitou consideravelmente os resultados finais.
Tenho certeza que se o transdutor fosse adquirido, os resultados seriam bem diferentes dos
obtidos.
Outro grande problema foi a concorrência entre projeto final e trabalhos de outras
matérias do curso. Existiram épocas em que era preciso optar por um ou por outro. Isso
comprometeu tanto o projeto, quanto o aprendizado nas outras matérias.
71
A falta de aterramento elétrico nas instalações do campus dificulta a utilização de
equipamentos muito sensíveis a ruídos externos.
O tempo foi muito curto para um projeto com alto grau de dificuldade.
7.3 – Desenvolvimentos futuros
Com o transdutor de ultra-som adequado, é possível corrigir vários problemas no projeto
e concluí-lo de forma satisfatória.
Para facilitar a medição, a forma do protótipo pode ser melhor desenvolvida, deixando de
ser uma caixa retangular para ter uma forma cilíndrica.
A implementação de um sistema com memória interna para efetuar as medidas e
armazená-las no próprio aparelho, eliminando a necessidade deste estar ligado em um
computador para o seu funcionamento. Isso deixaria o medidor independente, o que facilitaria o
transporte. Quando conectado no computador, o sistema descarregaria todas as informações
armazenadas na memória para o programa do sistema.
A utilização de cristais piezoelétricos do tipo pastilha usados nesse projeto podem ser
usados, como uma idéia alternativa, na construção de sismógrafos.
Utilizar amplificadores operacionais específicos para sinais de alta-frequência para
melhor estabilidade, confiabilidade e linearidade do sistema.
Substituir a interface de comunicação RS-232 com o computador por uma interface USB,
já que a tecnologia RS-232 está se tornando obsoleta e a USB cada vez mais utilizada.
72
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Stolk RP, Wink O, Zelissen PM, et al. Validity and reproducibility of ultrasonography for
the measurement of intraabdominal adipose tissue. Int J Obes Relat Metab Disord. 2001;
25:1346 –51.
MAIA, J. M. e COSTA, E.t., Sistema Pulso-Eco Microcontrolado para Geração e Medição
de Campos Ultra-Sônicos, Caderno de Engenharia Biomédica Volume 11 Número 2, Revista
Brasileira de Engenharia, 1995.
WERNECK, Marcelo Martins. Transdutores e Interfaces, Livros Técnicos e Científicos
Editora, 1996.
SERNIK, Renato Antônio e CERRI, Giovanni Guido. Ultra-Sonografia Sistema
Musculoesquelético, Editora Sarvier 1999.
BLACK D, Vora J, HAWARD M e MARKS R. Measurement of subcutaneous fat
thickness wuth high frequency pulsed ultrasound: comparisons with a caliper and a radiographic
technique. Departments of Medicine (Sections of Dermatology and Diabetes) and Department of
Radiology, University of Wales College of Medicine, Heath Park, Cardiff CF4 4XN, UK, 1987
Stolk RP, Wink O, Zelissen PMJ, Meijer R, van Gils APG e Grobbee DE. Validity and
reproducibility of ultrasonography for the measurement of intra-abdominal adipose tissue Julius
Center for Patient Oriented Research, University Medical Center, Utrecht, The Netherlands;
Department of Radiology, University Medical Center, Utrecht, The Netherlands; and Department
of Endocrinology, University Medical Center, Utrecht, The Netherlands.
GEMA. Gerenciamento e Manutenção de Equipamentos Médico-Hospitalares.
Departamento de Engenharia Clínica, Unicamp, 2002;
FERRIDE Severcan, DANA Dorohoi, DORINA Creanga. Ultrasound Propagation
Through Biological Tissues. Middle East University, Department of Biological Sciences, Ankara,
Turkey2 Al. I. Cuza University, Department of Biophysics and Medical Physics, 11A Blvd. Carol,
Iasi- 6600, Romênia.
73
DA SILVA, Daniel Dias Moreira e Fusco, José Paulo Alves. A produção de software com
a técnica da Programação em Camadas. Universidade Paulista. 2003
PRESSMAN, R. S. Engenharia de Software. São Paulo: McGraw-Hill, 1995.
PERTENCE, Antônio. Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos. Porto Alegre:
Bookman, 2003, 6ª Edição.
74
ANEXO A - MANUAL DO PROJETO
75
ANEXO B - ARTIGO