Sistemas ultrassônicos (MA031)

Este artigo de 2006 descreve a utilização de sistemas que fazem uso de ultrassons como os que encontramos em aplicações médicas e mesmo industriais. O artigo foi elaborado com base em documentação da Texas Instruments, que possui uma ampla linha de produto indicados à aplicações em equipamento médico.

Os ultrassons pela sua característica de não agressão ao organismo humano, além de não causarem danos como ocorre com outros tipos de radiação como os raios X, consistem numa solução para diversos tipos de diagnósticos que exigem a visualização do que ocorre dentro do organismo humano. As tecnologias modernas estão possibilitam a elaboração de equipamentos cada vez mais sofisticados, graças a disponibilidade de soluções integradas, como as que apresentamos nesse artigo.

Os ultrassons penetram no organismo humano apresentando graus de absorção e reflexão que depende da natureza do tecido por onde eles se propagam ou refletem.

Pelo fato de não consistirem em radiação ionizante como ocorre com os raios X, eles não causam danos aos tecidos, o que é de extrema importante no seu uso como recurso para o diagnóstico, principalmente quando ele deve ser utilizado por períodos relativamente prolongados.

Esse fato faz com que cada vez mais tenhamos muitas soluções médicas baseadas na tecnologia dos ultrassons.

E, graças a sofisticação constante das funções integradas disponíveis, temos cada vez mais equipamentos capazes de maior definição de imagens, maior confiabilidade e ao mesmo tempo com a redução do custo.

A Texas Instruments (www.ti.com) apresenta diversas soluções para projetos nessa área como, sintetizadores avançados baseados em PLL, buffers de clock. Comuns e baseados em PPL com retardo zero, LVDS, M-LVDS, ECL, CML, conversores DC/DC e reguladores sem indutores (charge pumps).

 

Princípio de Funcionamento

Conforme explicamos, os ultrassons podem se propagar pelo tecido vivo com uma atenuação e características de reflexão que depende da natureza desse tecido.

As reflexões que ocorrem em determinados tecidos permitem a realização de diversos tipos de diagnósticos.

No entanto, para que se obtenha uma imagem da parte do corpo analisada ou de um determinado órgão é preciso que as ondas ultrassônicas tenham um comprimento de onda apropriado.

Tanto menor o comprimento da onda empregada e, portanto mais alta a freqüência, maior será a definição obtida, conforme mostra a figura 1.

 

Maior freqüência, maior definição.
Maior freqüência, maior definição.

 

Os sistemas modernos que permitem a obtenção de imagens com capacidade de definição de alguns milímetros exigem o emprego de freqüências que alcançam vários megahertz.

Uma possibilidade bastante explorada nos sistemas modernos é a capacidade de se visualizar o funcionamento dinâmico ou movimentos internos dos órgãos analisados.

Um sistema típico pode conter várias centenas de canais analógicos, sendo até 256 canais por sistema e nos sistemas 3-D até 512 canais.

Não é preciso dizer que num sistema com tamanho número de canais para se obter uma reprodução real das imagens, o desempenho no processamento é muito importante.

Num sistema típico, como o mostrado na figura 2 em blocos, temos basicamente as seguintes funções.

 

 

 

Sistema típico
Sistema típico

 

* Trajeto dos sinais do receptor (Rx)

A tensão de ruído na entrada do amplificador de baixo ruído (LNA) é o elemento chave para o percurso do sinal de entrada determinando a performance total do sistema. Os ADCs devem ter uma resolução de 12 bits nos sistemas top de linha, enquanto que os intermediários podem operar com apenas 10 bits. Devido à grande quantidade de canais é importante que os circuitos tenham baixo consumo.

 

* Trajeto dos sinais do transmissor (Tx)

Amplificadores rápidos são necessários de modo a manter a integridade de pulsos agudos repetitivos que são aplicados ao corpo humano.

 

* Distribuição de clock

A performance do clock tem uma influência muito importante no desempenho médio do ADC e se torna cada vez mais importante à medida que o número de canais aumenta.

 

* Processamento de imagem

Nos sistemas ultrassônicos podem ser encontrados até 3 DSPs de modo a se obter um processamento de imagem agudo e rápido.

 

* Conversão de energia

A finalidade desses blocos é converter a energia de entrada em energia apropriada aos vários blocos funcionais.

 

Conclusão

A Texas Instruments oferece várias soluções para projetos de sistemas ultrassônicos. O leitor interessado pode contatar a empresa no Brasil ou ainda obter uma vasta literatura sobre o assunto no site da matriz indicado no início do artigo.


Filosofia
Um pouco de filosofia afasta-nos da religião: muita filosofia nos faz voltar a ela. (Um peu de philosophie écarte de la religion, et beaucoup y ramne.)
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