Imagens Magnéticas para Aplicações Biomédicas: estado da arte

Autores

  • Juan A. Leyva Cruz Departamento de Física - UEFS
  • Thierry J. Lemaire Departamento de Física - UEFS

DOI:

https://doi.org/10.13102/sscf.v3i.5283

Palavras-chave:

Biomagnetismo, Imagens magnéticas, Bioinstrumentação, Sensores magnéticos, Problema inverso.

Resumo

Na atualidade, o estudo da energia eletromagnética aplicada à medicina e biologia é um dos tópicos de pesquisas mais atraentes e de interesse crescente na comunidade científica internacional, e particularmente no Brasil. Vários esforços têm sido realizados para criar técnicas diagnósticas apoiadas na obtenção de imagens magnéticas e elétricas para ajudar de forma coadjuvante, e/ou substituir em alguns casos, as metodologias médicas de diagnóstico por imagens tradicionais. Neste trabalho mostramos o estado da arte, do ponto de vista experimental, destacando as mudanças nas dimensões dos sensores e no sistema de condicionamento analógico dos sinais medidos, para o registro de sinais de origem biológica. A imagem magnética medida sempre será degradada e ruidosa, devido tanto ao princípio físico (Lei Biot-Savart) envolvido na formação da imagem quanto ao próprio processo de medição da imagem. Os fundamentos básicos da formação das imagens magnéticas, bem como a solução do problema magnético direto e inverso, são mostrados. Apresentamos uma discussão do ponto de vista físico-matemático sobre o problema magnético inverso mal-condicionado e como ele influi na reconstrução das imagens das fontes magnéticas no interior de um objeto qualquer. Por fim, mencionamos de forma breve o método de filtragem espacial de Fourier como uma das possíveis técnicas na solução do problema magnético inverso.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Métricas

Carregando Métricas ...

Biografia do Autor

Juan A. Leyva Cruz, Departamento de Física - UEFS

Bacharel em Física pela Universidade de Oriente-Cuba (07/1997) e Doutorado em Ciências com área de atuação em Física Aplicada à Medicina e Biologia, pela Universidade de São Paulo (11/2005). Atuando nas seguintes áreas de pesquisas:- bioinstrumentação; - instrumentação em Física; - desenvolvimento de ferramentas computacionais utilizando plataformas de alto nível como MATLAB®, LabVIEW®, C++ e Python; - Planejamento radioterapêutico, - Física de Materiais; - Ensino de Física através de Experimentos Didáticos e o Teatro. Atualmente é Professor Titular no Departamento de Física (DFIS), da Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) na Bahia, Brasil, onde coordena o Laboratório de Instrumentação em Física (LINFIS), e colabora com o Lab. de Física de Materiais, no DFIS da UEFS. Foi Vice-Diretor do DFIS no período desde 12/2011 até 12/2015. Desenvolvendo atividades Administrativas, de Pesquisas, Docência e de Extensão.

Thierry J. Lemaire, Departamento de Física - UEFS

Graduação em Engenharia Física da Escola Nacional Superior de Física de Marselha (École Nationale Supérieure de Physique de Marseille - França, 1987), DEA (Mestrado) em Física Teórica (1987) e Doutorado em Física das Partículas, Física Matemática e Modelamento da Universidade de Aix-Marselha II (Université d'Aix Marseille II - França,1990). Atuou durante 13 anos como professor do Departamento de Física (DFIS) da Universidade Estadual de Feira de Santana e coordenou o Laboratório de Instrumentação (LINFIS) do DFIS. Atualmente é professor Associado do Departamento de Física da Terra e do Meio Ambiente (DFTMA) do Instituto de Física da UFBA com atuação na área da Física, com ênfase em espalhamento eletromagnético, problemas inversos em espalhamento eletromagnético, instrumentação em Física, técnicas de imageamento magnética e elétrica aplicadas à medicina, caracterização elétrica e óptica de materiais, energia solar fotovoltaica. Atualmente coordenador do LabSolar.

Referências

W. Andrä, H. Danan, W. Kirmsse, H. Kramer, P. Saupe, R. Schmieg, M.E. Bellemann, A novel method for real-time magnetic marker monitoring in the gastrointestinal tract. Phys. Med. Biol. 45, 3081 (2000).

W. Weitschies, O. Kosch, H. Mönnikes, L. Trahms, Magnetic Marker Monitoring: An application of biomagnetic measurement instrumentation and principles for the determination of the gastrointestinal behavior of magnetically marked solid dosage forms. Adv. Drug. Deliv. Rev. 57, 1210 (2005).

E. Stathopoulos, V. Schlageter, B. Meyrat, Y. Ribaupierre, P. Kucera, Magnetic pill tracking: a novel non-invasive tool for investigation of human digestive motility. Neurogastroenterol. Motil. 17, 148 (2005).

D.B. de Araújo, A.A.O. Carneiro, E.R. Moraes, O. Baffa, Biomagnetismo - uma nova interface entre a física e a biologia. Ciência Hoje 6, 153 (1999).

O. Baffa, Biomagnetism: Instrumentation and Applications. In: III Escola Brasileira de Magnetismo Jorge André Swieca, 2001. Porto Alegre: UFRGS (2001).

C. Maestú et al. Magnetoencefalografía: una nueva técnica de diagnóstico funcional en neurociência. Rev. Neurol. 28, (11) 1077 (1999).

J. Nenonen et al. Principles of Magnetocardiographic Mapping. Cardiac Mapping. In: M.Shenasa, M. Borgreffe, G. Breithardt (orgs.), (2000).

C. Del Gratta, V. Pizzella, F. Tecchio, G.L. Romani, Magneto encephalography - a non-invasive brain imaging method with 1 ms time

resolution. Rep. Prog. Phys. 64, 1759 (2001).

Assessment Program. MEG and MSI: Presurgical Localization of Epileptic Lesions and Presurgical Function Mapping. 18, (6) (2003).

M. Burgho®, J. Nenonen, L. Trahms, T. Katila, Conversion of Magnetocardiographic Recordings between Two Different Multichannel SQUID Devices. IEEE Transactions on Biomedical Engeneering 47, (7) (2000).

National Research Council. 1996. Mathematics and Physics of Emerging Biomedical Imaging. Washington, DC: The National Academies Press.

I. Tavarozzi et al, Magnetocardiography: Current status and perspectives. Part II: Clinical applications. IHJ 1, 151 (2000).

R. Fenicci et al., Multichannel MCG Imaging of Ventricular Preesxcitation in an Unshielded Invase Electrophysiology Laboratory. Biomed Technik 46, 73 (2001).

L.E.F. de los Santos, High-Resolution Imaging of Magnetic Fields Using Scanning Superconducting Quantum Interference Device (Squid) Microscopy. Dissertation - Faculty of the Graduate School of Vanderbilt University, Nashville (2005).

O. Baffa, R.T. Wakai, P.L. Sousa, R.M.M. Verzola, Fetal Heart Rate Monitored by Magnetocardiogram. Braz. J. Med. Biol. Res. 28, (11-12) 1333 (1995).

O. Baffa, S.A.L. Correa, Magnetic and Electric Characteristics of the Electric Organ of the Electric Fish Gymnotus Carapo. Biophys. J. 63, (2) 591 (1992).

O. Baffa, R.B. Oliveira, J.R.A. Miranda, P.L. Sousa, Mixing Power of Food in the Stomach Evaluated by a Biomagnetic Technique. In: Biomagnetism: Fundamental Research and Clinical Applications - Studies in Applied Electromagnetics and Mechanics. Elsevier Sci. Publ. 753 (1995).

J.F. Borin, O. Baffa, A Low Frequency Current Detector for Biomagnetic Studies. In: T. Yoshimoto, M. Kotani, S. Kuriki, H. Karibe, N. Nakasato (Orgs.), Recent Advances in Biomagnetism. Sendai: Tohoku University (1999).

A.C. Bruno, P. Costa Ribeiro, A symmetric Third Order Gradiometer Without External Balacing for Magnetocardiography. Cryogenics 23, 324 (1983).

A.A.O. Carneiro, O. Baffa, R.B. Oliveira, Study of Stomach Motility Using Magnetic Tracers. Phys. Med. Biol. 44, 1691 (1999).

A.A.O Carneiro, O. Baffa, R.B. Oliveira, C.F.O. Graeff, Construction of a Fluxgate Gradiometric System for the Study of the Magnetic Tracers in the Stomach. In: T. Yoshimoto, M. Kotani, S. Kuriki, H. Karibe, N. Nakasato (Orgs.), Recent Advances in Biomagnetism. Sendai: Tohoku University (1999).

Biomagnetism an Interdisciplinary Approach. In: S.J. Williamson, G.L. Romani, L. Kaufman, I. Modena. (Orgs.), NATO Advanced Study Institute Series A: Life Sciences, 66. New York: Plenum Press (1983).

W. Weitschies et al., High-Resolution Monitoring of the Gastrointestinal Transit of a Magnetically Marked Capsule. Journal of Pharmaceutical Sciences 86, (11) 1218 (1997).

T. Córdova-Fraga et al., Euterpe Olerácea (Açai) as an Alternative Oral Contrast Agent in MRI of the Gastrointestinal System: Preliminary Results. Magnetic Resonance Imaging 22, 389 (2004).

J.R.A. Miranda, R.B. Oliveira, P.L. Sousa, F.J.H. Braga, O. Baffa, A Novel Biomagnetic Method to Study Gastric Antral Contractions. Phys. Med. Biol. 42, (9) 1791 (1997).

M. Moreira, L.O. Murta, O. Baffa, Imaging Ferromagnetic Tracers with an AC Biosusceptometer. Rev. Sci. Instrum. 71, (6) 2532 (2000).

M.E. Cano, T. Córdova, J.C. Martinez, J.B. Alvarado, M. Sosa. 16-Channel Magnetoresistive Scanner for Magnetic Surface Imaging. Rev. Sci. Instrum. 76, 086106 (2005).

L.A. Corá, F.G. Romeiro, F.C. Paixão, M.F. Américo, R.B. Oliveira, O. Baffa, J.R.A. Miranda, Enteric Coated Magnetic HPMC Capsules Evaluated in Human Gastrointestinal Tract by AC Biosusceptometry. Pharmaceutical Research. 23, (8) (2006).

J.A.L Cruz, A.A.O. Carneiro, L.O Murta Jr., O. Baffa, Imaging Ferromagnetic Tracers with Magnetoresistive Sensors Array. In: Mexican Symposium on Medical Physics, 9º, 2006. (2006).

J.A.L Cruz, A.A.O. Carneiro, L.O Murta Jr., O. Baffa, Imaging Ferromagnetic Tracers with a Magnetoresistive Sensor Array. In: International Conference on Biomagnetism, 15º, 2006. Vancouver (2006).

M. Moreira, L.O. Murta, O. Baffa, Imaging Ferromagnetic Tracers with an AC Biosusceptometer. Rev. Sci. Instru. 71, (6) 2532 (2000).

P.C. Hansen, Rank-Deficient and Discrete Ill-Posed Problems. SIAM (1998).

J.M. Varah, On the Numerical Solution of Ill-Conditioned Linear Systems with Applications to Ill-Posed Problems. J. Numerical Analysis 10, 257 (1973).

R.J. Hanson. A Numerical Method for Solving FREDHOLM Integral Equations of the First Kind Using Singular Values. J. Numerical Analysis 8, 616 (1971).

J. Hadamard, On the Problems with Ill-Conditional and their Physical Significance. Univ. of Princeton, 49 (1902).

S. Tan, Y. Pei Ma, I.M. Thomas, J.P. Wikswo Jr., Reconstruction of Two-dimensional Magnetization and Susceptibility Distributions from the Magnetic Field PF Soft Magnetic Materials. IEEE Transactions on Magnetics 32, (1) 230 (1996).

R.J. Roth, N.G. Sepulveda, J.P. Wikswo Jr., Using a Magnetometer to Image a Two-dimensional Current Distribution. J. Appl. Phys. 65, (1) 361 (1989).

H.C Golub et al., Matrix Computations. Johns Hopkins Press (1989).

Publicado

20-12-2007

Como Citar

Leyva Cruz, J. A., & Lemaire, T. J. (2007). Imagens Magnéticas para Aplicações Biomédicas: estado da arte. Sitientibus Série Ciências Físicas, 3, 18–31. https://doi.org/10.13102/sscf.v3i.5283
Bookmark and Share