Demais Capítulos

Um resumo do conteúdo dos demais capítulos deste trabalho é apresentado a seguir. O Capítulo 2 faz uma introdução aos sistemas de implantes, abordando aspectos como diagrama de blocos, terminologia, caso dos implantes para animais de laboratório, fonte de energia, interface de RF, freqüências ISM - Industrial-Scientific-Medical, campos próximos e campos distantes, e a absorção de campos de RF por tecidos biológicos.

O Capítulo 3 analisa a questão da interface de RF passiva. Com base nos conceitos de campos próximos e distantes são discutidas as interfaces de RF baseadas em onda eletro- magnética e em acoplamento indutivo. É apresentada a escolha do dispositivo de interface passiva utilizado na implementação realizada no trabalho. Este capítulo inicia a apresentação do modelamento para o acoplamento indutivo. Além disso, é iniciada a discussão do posicio- namento relativo dos elementos de interface de RF para o caso particular de um implante para pequeno animal de laboratório.

O Capítulo 4 tem foco na questão do modelamento para os indutores utilizados no acoplamento indutivo. São definidos os parâmetros geométricos para os indutores e apresen- tadas fórmulas para a obtenção de seus parâmetros elétricos. É finalizada a análise quanto ao

posicionamento dos elementos da interface de RF, a qual foi iniciada no capítulo anterior. As fórmulas para a obtenção da indutância mútua entre os indutores de acoplamento são apresentadas. O capítulo também apresenta e compara resultados obtidos para os parâmetros elétricos de uma configuração de indutores de acoplamento, conforme a obtenção por expressões matemáticas, cálculo de campos, e medição.

No Capítulo 5 são obtidas expressões matemáticas para a potência transferida entre os indutores dos dois lados da interface de RF passiva operada por acoplamento indutivo. Tais expressões são fundamentais para os métodos de projeto descritos no Capítulo 6.

O Capítulo 6 apresenta os métodos que foram desenvolvidos para o projeto do acopla- mento indutivo. O capítulo traz a definição de um modelo para a parte de acoplamento indutivo de um sistema RFID ou de implante, e os componentes deste modelo são descritos. Em particular, o componente que representa o consumo dos circuitos eletrônicos do implante é estimado de forma teórica, e depois por meio de medições. São definidas as etapas de projeto e cada uma das mesmas é descrita, sendo os correspondentes resultados apresentados e discutidos. Quatro configurações de acoplamento indutivo são usadas para demonstrar os métodos de projeto desenvolvidos. Tais configurações têm um caráter prático dentro do contexto de um implante para pequeno animal de laboratório.

O Capítulo 7 apresenta resultados relativos à construção de um sistema de medição que utiliza um sensor de temperatura baseado em acoplamento indutivo. São apresentados e descritos os blocos do sistema. É discutida uma técnica que permitiu melhorar a qualidade das medições realizadas com o sistema. São mostrados os resultados obtidos em experimentos que mediram o consumo de corrente do sensor de temperatura. O capítulo também traz os resultados para os experimentos que permitiram realizar o ajuste do sensor e validar todo o sistema de medição.

O Capítulo 8 traz a conclusão do trabalho. Neste capítulo são relacionadas a contribuições resultantes da pesquisa realizada.

O documento inclui também dois apêndices. O primeiro apresenta um exemplo quanto ao equacionamento analítico para obtenção do coeficiente de acoplamento em uma confi- guração de indutores. O segundo apêndice traz a dedução da expressão para o ganho de tensão em função do desvio de freqüência para uma configuração de acoplamento indutivo. Essa expressão é importante para os métodos de projetos descritos no Capítulo 6.

CAPÍTULO 2

SISTEMAS DE IMPLANTE

Este capítulo apresenta uma introdução aos sistemas de implante. Tal introdução é limitada. Ela trata apenas dos aspectos relacionados com a pesquisa desenvolvida na Tese. Para uma revisão atualizada e completa quanto às técnicas relativas a sistemas de implante a recomendação é o trabalho de Receveur at al. (2007).

O capítulo inicia com uma definição de terminologia e de diagrama de blocos para um sistema de implante. Segue-se uma introdução quanto a sistema de monitoramento de grandezas fisiológicas em animais de laboratório. Em seqüência discute-se a questão da fonte de energia do implante e seu relacionamento com a interface de RF do mesmo. Considerando a aplicação particular de monitoramento de pequenos animais de laboratório confinados em gaiola, discute-se então o aspecto geométrico relativo ao elemento de interface de RF do implante e para aquele do sistema de monitoramento. A última seção analisa a questão das freqüências para operação de um sistema de implante, conforme as diferentes faixas ISM que a princípio podem ser utilizadas e a absorção de campos de RF por tecidos biológicos.

2.1 Terminologia

Neste documento é assumido que um sistema de implante sempre inclui duas partes: o implante propriamente dito e um subsistema externo ao organismo. Para uma análise inicial do

sistema, pode-se considerar o subsistema externo e o implante divididos conforme os blocos apresentados na Figura 2.1.

O sistema da Figura 2.1 assume o uso de microcontrolador, ou eventualmente algum tipo de ASIC - application specific integrated circuit, tanto no lado externo quanto no lado interno. Dado o estágio atual da tecnologia microeletrônica, considera-se obsoleto e limitante o uso exclusivo de circuitos analógicos no implante, ou seja, assume-se como indispensáveis os recursos proporcionados por um controle baseado na flexibilidade de hardware digital programável.

Para a maior parte dos tipos de implante, a complementação da parte externa somente entra em uso eventualmente. Um exemplo típico é o marca-passo, que para a sua função essencial opera sem qualquer auxílio do subsistema externo. Ainda assim, mesmo para esses tipos a parte externa é importante, pois, por meio dela o especialista responsável pelo implante pode avaliar periodicamente o funcionamento do dispositivo implantado, com particular interesse para a indicação do estado de carga da bateria. Porém, há outros tipos de implantes em que a complementação da parte externa é fundamental para o propósito do sistema, ou seja, sem a parte externa o implante não tem capacidade para realizar sua função. Isso ocorre com implantes cocleares e sistemas de medição de grandezas fisiológicas em animais de laboratório.

Na parte externa, o conjunto de blocos que comunica-se diretamente com o implante é denominado interrogador. O interrogador por sua vez comunica-se com o computador de supervisão do sistema por meio de cabos ou de sinais de RF. Assim, tipicamente o interrogador fica a uma distância relativamente pequena do implante, enquanto que o computador fica a uma distância relativamente grande. Pode-se dizer que todo sistema de implante moderno prevê a utilização do computador apresentado. Nesse computador são executados os programas que propiciam uma interação de alto-nível entre o especialista e o implante. Tais programas variam em uma ampla faixa, conforme a finalidade do sistema.

Além de implante, neste documento também será utilizado o termo transponder em referência a parte do sistema que opera no interior do organismo. Os termos transponder e interrogador tem origem em sistemas RFID. Nesses sistemas o transponder constitui-se do elemento de interface de RF mais os circuitos eletrônicos da etiqueta de identificação, ou do cartão de acesso. A utilização do campo do RF do interrogador para prover energia para o transponder é ponto comum que aproxima os sistemas RFID do tipo de implante biomédico

2 - Sistemas de Implante 11