Desenvolvimento de um sistema de espectroscopia de impedância elétrica multicanal

• Main Author: Pereira, Rogério Martins
• Other Authors: Bertemes Filho, Pedro
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade do Estado de Santa Catarina 2016
• Subjects: Espectroscopia; Bioimpedância elétrica; Instrumentação virtual; Spectroscopy; Bioelectrical impedance; Virtual instrumentation; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Online Access: http://tede.udesc.br/handle/handle/1899

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rogerio Martins Pereira.pdf: 8981376 bytes, checksum: 99bc38e35b4ba47ede892b1ed9f09d6b (MD5) Previous issue date: 2009-07-30 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === Over 40 years the Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) has been used to investigate pathologies in biological tissues by analyzing its electrical properties and associate them to a tissue equivalent circuit model. The EIS technique consists of applying a multifrequency current of constant amplitude by two electrodes, measuring the resulting potential by other two electrodes and then extract the electrical parameters from a tissue model by calculating the transfer impedance (ZT). The main objective of this work is to develop an EIS multichannel system for impedance probes within the frequency range of 500 Hz to 1 MHz. A voltage controlled current source (VCCS) circuit and a fully controlled multiplexing system were developed. The potentials were measured by a Data Acquisition (DAQ) board. A software developed in LabVIEW was implemented in order to control and calibrate the hardware, and also to process the data in the calculation of the complex impedance and its electric tissue parameters. In order to present the data and to get an easy-to-use front panel, a graphical interface was developed. This allows one to select both injecting and measuring channels, to present the measured signal in real time and in the frequency domain, which can be chosen between the modulus and phase of the transfer impedance ZT. Preliminary tests were made in the hardware by using resistive loads. The results showed that the frequency response of the developed EIS multichannel system is band limited. Therefore, a compensation process technique was implemented and then fully tested. The results showed that the compensation technique increases the accuracy of the system to approximately 95% in the range of 500 Hz to 1 MHz, with resistive loads. Measurements in tissue equivalent circuits (phantoms) were made and its electrical tissue parameters were calculated. The results showed that the measured data can be easily fitted to the phantoms with a maximum error of 5%. Tissue impedances were measured by an electrode impedance probe. Firstly, the probe was calibrated by using saline solutions with conductivities from 1,0 to 10,0 mS/cm. The objective was to reconstruct the conductivities from measured data. The results showed na accuracy of 98% in the reconstruction within the frequency range of 500 Hz to 200 kHz. Second, measurements in five different samples of bovine tissue were made and their respective electrical parameters were calculated. In order to characterize the bovine tissue, the reactive part of the transfer impedance was plotted against the resistive part and their respective electric parameters were calculated. It can be concluded that the performance of the developed EIS multichannel system was achieved in the frequency range of 500 Hz to 200 kHz. Stray capacitances from the multiplexing system, cable capacitances and the input capacitance of the DAQ board reduced the system frequency range. However, feasible tissue data can be obtained by this system and so tissue characterization may be performed for pathologies identification. === O processo em Espectroscopia de Impedância Elétrica (EIE) para levantamento da impedância elétrica consiste na injeção de uma corrente CA de amplitude constante, ao longo de uma faixa de freqüência, através de dois eletrodos, na medição do potencial resultante e, então, no cálculo da impedância de transferência ZT. EIE é uma técnica usada na determinação de patologias em tecidos biológicos através da análise dos parâmetros elétricos equivalentes do tecido. Estes parâmetros são obtidos através da medição da impedância de transferência do material analisado. O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema EIE multicanal, utilizado em sondas com até oito eletrodos, operando na faixa de freqüência de 500 Hz a 1 MHz. No circuito eletrônico do sistema foi desenvolvida uma fonte de corrente controlada por tensão e um sistema de multiplexação e demultiplexação. Através de uma placa de aquisição de dados, uma plataforma de controle foi desenvolvida em LabVIEW, dispondo de funções especiais para o cálculo da impedância complexa e dos parâmetros elétricos dos tecidos, para a calibração e o armazenamento dos dados. Também foi desenvolvida uma interface gráfica amigável para a manipulação dos dados e seleção dos canais de medição e apresentação dos sinais medidos em tempo real e no domínio da freqüência através do espectro da impedância ZT e das suas componentes: módulo e fase. Testes foram realizados no sistema utilizando cargas puramente resistivas. Os resultados mostraram que o sistema EIE responde de maneira não linear com a freqüência. Após o processo de compensação, obteve-se uma exatidão de 95% na faixa de 500 Hz a 1 MHz. Medições em phantoms (circuitos equivalentes elétricos de tecidos) foram feitas, mostrando que seus respectivos parâmetros podem ser calculados com uma exatidão média de 95%. Utilizando uma sonda de eletrodos, o sistema EIE+sonda foi calibrado através de soluções salinas com condutividades na faixa de 1,0 a 10,0 mS/cm. Os resultados mostraram uma exatidão de 98% no cálculo das condutividades até 200 kHz. Medições feitas em leite de vaca mostraram que é possível identificar o seu teor de gordura. Medições em cinco amostras diferentes de tecido bovino foram feitas e seus respectivos parâmetros elétricos foram calculados. De maneira geral, o sistema EIE multicanal desenvolvido apresentou desempenho satisfatório, embora capacitâncias parasitas nos circuitos, no cabo da sonda e na placa de aquisição prejudicaram sua exatidão nas altas freqüências. Pode-se concluir que é de fundamental importância o uso de técnicas de compensação e calibração para que medições em tecidos biológicos sejam possíveis com este equipamento.