Tese de Doutorado

Grupos de pesquisa espalhados pelo mundo vêm empregando a Tomografia por Impedância Elétrica (EIT) em aplicações médicas. Para condução de experimentos práticas é necessário uma estrutura de hardware com características não encontradas em soluções comerciais. As soluções atualmente encontradas são dedicadas a uma determinada aplicação com enfoque em implantação comercial e as características requeridas para ambiente de pesquisa, como facilidade de reprodução, flexibilidade para reconfiguração e reprogramação, são apenas parcialmente atendidas. Para EIT é necessário um sistema embarcado capaz de injetar uma corrente elétrica alternada com amplitude e frequências configuráveis em um ou mais pares de eletrodos (ou outro tipo de interface com o meio) e que, simultaneamente, realize as medições dos potenciais resultantes em outros tantos (normalmente 32) distribuídos pelo domínio analisado. Esse conjunto deve trabalhar com sinais na faixa 100kHz e realizar amostragens em frequências bem maiores para minimizar o ruído (>2 Msps) e operar em ciclos de injeção/medição de 625 s. Para facilitar o progresso das pesquisas este trabalho propõe uma arquitetura aberta para aquisição, transferência e armazenamento de sinais. A arquitetura proposta compreende unidades de medição e processamento de sinais, chamadas Canais de Medição conectadas em um rede com topologia anel. Um Módulo Principal coordena essa rede garantindo o sincronismo entre os canais e disponibilizando as medições para um computador através do qual é possível ajustar as configurações do sistema e gerir as medições realizadas. O uso de unidades independentes com microcontroladores reduz o custo e facilita a reprodução e expansão do sistema. Testes preliminares demostraram a capacidade do sistema em obter valores para a reconstrução de imagens de EIT.

Research groups around the world have been using Electrical Impedance Tomography (EIT) in medical applications. To conduct practical experiments, a hardware structure is required with features not found in commercial solutions. The solutions currently found are dedicated to a specific applications with a focus on commercial implementation and the characteristics required for a research environment, such as ease of reproduction, flexibility for reconfiguration and reprogramming, are only partially met. For EIT, a embbeded system capable of injecting an AC electrical current with configurable amplitude and frequencies into one or more pairs of electrodes (or other type of interface with the medium) and which, simultaneously, performs measurements of the potentials resulting in many others (normally 32) distributed throughout the analyzed domain. This set must work with signals in the 100kHz range and perform sampling at much higher frequencies to minimize noise (>2 Msps) and operate in injection/measurement cycles of 625 s. To facilitate the progress of the research, this work proposes an open architecture for signal acquisition and management. The proposed architecture comprises measurement and signal processing units, called Measurement Channels, connected in a ring topology network. A Main Module coordinates this network, ensuring synchronization between the channels and making the measurements available to a computer through which it is possible to adjust the system settings and manage the measurements performed. The use of independent units with microcontrollers reduces the cost and facilitates the reproduction and expansion of the system. Preliminary tests demonstrated the systems ability to acquire values for reconstructing EIT images.