Sistema de comunicação ótica para dispositivos biomédicos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pereira, Diogo Azevedo
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/76437
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)
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spelling Sistema de comunicação ótica para dispositivos biomédicosOptical wireless communication for biomedical devicesBiotelemetriaComunicação óticaDispositivos biomédicosOptoeletrónicaBiomedical devicesBiotelemetryOptoeletronicsWireless optical communicationEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e InformáticaDissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)Os dispositivos biomédicos são amplamente utilizados em diversas especialidades médicas, revelando-se essenciais no diagnóstico, prevenção e tratamento de diferentes patologias. Uma grande percentagem desses dispositivos incorpora uma interface para comunicação, interface essa que deve ser constantemente estudada e evoluída. Esta dissertação representa os primeiros passos no desenvolvimento de sistemas de comunicação ótica para dispositivos biomédicos, tendo como particular objetivo a possibilidade de atingir elevadas taxas de transferência de dados através de um método seguro e viável, sem prejudicar a saúde humana. Ao longo desta dissertação foi projetado um setup ótico completo, emissor e recetor, no comprimento de onda de 850 nm, habilitado para enviar dados lógicos Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) com recurso à modulação On-Off Keying (OOK), atingindo a máxima frequência de transmissão de dados de 10 MHz e a máxima velocidade de comunicação de 8 Mbps. Este trabalho realça aspetos de metodologia e seleção de componentes óticos, abordando ainda o desenvolvimento e caracterização do setup ótico. Posteriormente ao desenvolvimento do sistema de comunicação ótica, procedeu-se à sua integração em duas principais das áreas biomédicas: Biotelemetria e transmissão de biossinal, e comunicação ótica em dispositivos médicos minimamente invasivos (DMMI). Na comunicação ótica aplicada à biotelemetria, desenvolveu-se um sistema mecânico de tracking de feixes luminosos, autónomo e inteligente, apto para albergar o sistema de biotelemetria. Com o desenvolvimento de uma placa de aquisição e envio de biossinal específica, associada a uma interface gráfica com avaliação de padrões do biossinal, foi possível obter taxas de comunicação de 4 Mbps sem qualquer erro, com possibilidade de atingir velocidades de 8 Mbps. Relativamente à comunicação ótica em DMMI, desenvolveu-se um protótipo de uma cápsula endoscópica com comunicação ótica integrada, permitindo verificar a facilidade de implementação de comunicação ótica em dispositivos biomédicos. O sistema dimensionado permitiu atingir elevadas taxas de comunicação (> 2 Mbps) para diferentes tipos de tecidos transpostos, mediante certas espessuras atravessadas. Em suma, o trabalho prático desenvolvido e os resultados expostos nesta dissertação permitem corroborar o sistema de comunicação ótica como método inovador e fiável, com excelentes perspetivas de futura implementação em dispositivos biomédicos.Biomedical devices are widely used in several medical specialties, being essential in the diagnosis, prevention and treatment of different pathologies. A large percentage of these medical devices incorporate an interface for communication with other devices, an interface that must be constantly studied and evolved. This dissertation represents the first steps in the development of optical communication systems for biomedical devices, having as a particular objective the possibility of achieving high transfer rates with safety and viability, without harming human health. Throughout this dissertation, a complete optical setup (emitter and receiver) was projected at a wavelength of 850 nm, enabled to send logical Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) data using On-Off Keying (OOK) modulation, reaching the maximum data transmission frequency of 10 MHz and maximum communication speed of 8 Mbps. This work highlights aspects of methodology and selection of optical components, as well the development and characterization of the optical setup. After the development of the optical communication system, it was integrated into two main biomedical areas: Biotelemetry and biosignal transmission, and optical communication in minimally invasive medical devices (DMMI). In optical communication applied to biotelemetry, an autonomous and intelligent mechanical system of tracking light beams has been developed, able to accommodate the biotelemetry system. With the development of a specific biosignal acquisition and sending system, associated with a graphical interface with evaluation of biosignal standards, communication rates of 4 Mbps were obtained without any associated error, and it was also possible to reach speeds of 8 Mbps. For optical communication in DMMI, a prototype of an endoscopic capsule with integrated optical communication was developed, allowing to verify the ease of implementing optical communication in biomedical devices. The dimensioned optical communication system was able to achieve high communication rates (> 2 Mbps) for different types of transposed tissues, through certain thicknesses crossed. Finally, the practical work developed and the results exposed in this dissertation allow corroborating the optical communication system as an innovative and reliable method, with excellent perspectives for future implementation in biomedical devices.Silva, Manuel Fernando RibeiroUniversidade do MinhoPereira, Diogo Azevedo20212021-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/76437por202957187info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:43:30Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/76437Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:40:59.790796Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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