masterThesis
Desenvolvimento de um protótipo de tomógrafo por micro-ondas para imageamento de tecidos biomédicos
Registro en:
FERREIRA, Marlon Silva. Desenvolvimento de um protótipo de tomógrafo por micro-ondas para imageamento de tecidos biomédicos. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2018.
Autor
FERREIRA, Marlon Silva
Institución
Resumen
Por mais de meio século, técnicas de reconstrução de imagens são utilizadas na medicina moderna como fontes de alta confiança no diagnóstico das mais diversas patologias. Entre as técnicas mais destacáveis pode-se citar: a Radiografia, a Ultrassonografia, a Tomografia Computadorizada e as Imagens por Ressonância Magnética. A técnica de tomografia por micro-ondas tem uma aplicação com menos de duas décadas de uso pré-clínico, mas com resultados promissores, onde a análise da interação das micro-ondas com tecidos biológicos podem gerar medidas que podem servir como uma fonte alternativa de exame clínico preventivo. Buscou-se, neste projeto, o desenvolvimento de um protótipo de tomógrafo para reconstrução de imagem por micro-ondas, onde antenas na faixa de microondas possam ser empregadas na análise de tecidos biológicos. As antenas estudadas foram preparadas para funcionarem numa banda de frequência próxima de 2,0 GHz. Dois tipos de substratos foram usados para a confecção das antenas, o RF-4 e a Poliamida. As medidas de transmissão e detecção das micro-ondas foram feitas no ar e, posteriormente, na presença de uma haste metálica homogênea. A haste metálica foi utilizada por conta de sua propriedade condutiva. Inicialmente, as antenas foram testadas no software HFSS (ANSYS, EUA) e, depois de fabricadas, foi feita uma análise experimental com um analisador de redes. Três antenas foram analisadas, porém duas, uma de RF-4 e outra de Poliamida, apresentaram bons resultados na simulação e na análise experimental, já a terceira antena, também de Poliamida, foi descartada nas primeiras análises por não preencher as necessidades do projeto. Em análises posteriores, a segunda antena de Poliamida também foi descartada por baixa eficiência em distâncias acima de 6,0 cm. O modelo Bow-Tie elaborado em RF-4 acabou sendo a antena mais concisa para análises, com boa eficiência em distâncias acima de 6,0 cm, funcionando como esperado com o uso do tomógrafo por micro-ondas. Foi possível concluir que as antenas feitas de poliamida não possuíam bom comportamento em distâncias acima de 3,0 centímetros. Já a Bow-Tie, que foi feita em RF-4, se mostrou uma excelente escolha para a composição do tomógrafo. O tomógrafo foi capaz de detectar a presença da haste metálica como referência inicial de estudo, gerando resultados promissores. CNPq For more than half a century, image reconstruction techniques are used in modern medicine as sources of high confidence in the diagnosis of the most diverse pathologies. Among the most notable techniques are: Radiography, Ultrasonography, Computed Tomography and Magnetic Resonance Imaging. The technique of microwave tomography has an application with less than two decades of preclinical use, but with promising results, where the analysis of the interaction of the microwaves with biological tissues can generate measures that can serve as an alternative source of preventive clinical examination. In this project, the development of a prototype of a tomograph for image reconstruction by microwave was sought, where antennas in the microwave range could be used in the analysis of biological tissues. The studied antennas were prepared to operate in a frequency band close to 2.0 GHz. Two types of substrates were used to make antennas, RF-4 and Polyamide. The microwave transmission and detection measures were taken in the air and, subsequently, in the presence of a homogeneous metal rod. The metal rod was used because of its conductive property. Initially, antennas were tested in the HFSS software (ANSYS, USA) and, after fabrication, an experimental analysis was performed with a network analyzer. Three antennas were analyzed, but two, one of RF-4 and one of Polyamide, presented good results in the simulation and in the experimental analysis, whereas the third antenna, also of Polyamide, was discarded in the first analyzes for not fulfilling the needs of the project. In subsequent analyzes, the second Polyamide antenna was also discarded for low efficiency at distances above 6.0 cm. The Bow-Tie model developed in RF-4 turned out to be the most concise antenna for analysis, with good efficiency at distances above 6.0 cm, functioning as expected with the use of the microwave tomograph. It was possible to conclude that antennas made of polyamide did not perform well at distances above 3.0 centimeters. The Bow-Tie, which was made in RF-4, proved to be an excellent choice for the composition of the tomograph. The tomograph was able to detect the presence of the metal rod as an initial study reference, generating promising results.