Os estudos relacionados a ondas de rádio foram inicial e historicamente realizados por Heinrich Rudolf Hertz em 1887, tomando por base todo referência teórico de James Clerk Maxwell. Quase duas décadas depois, seu conterrâneo alemão Christian Hülsmeyer propôs o uso de ondas de rádio para detectar a existência de embarcações metálicas a grandes distâncias. Seu invento foi batizado de Telemobiloskop. Nikola Tesla apresentou, em 1917, os fundamentos que estabeleceram os conceitos primitivos da telemetria por ondas de rádio ao relacionar frequência e o nível energético.
À aurora da segunda guerra mundial, impulsionado, sobretudo pela fragilidade britânica a ataques aéreos alemães, muito se pesquisou sobre detecção e telemetria via rádio ou na língua inglesa, Radio Detection And Ranging (Radar).
Hoje os sistemas de radar são utilizados tanto para aplicações militares quanto civis, por exemplo, no controle de tráfego aéreo, detecção de colisão em automóveis, monitoramento de velocidade de trânsito e monitoramento de condições atmosféricas (DEVINE, 2000).
Figura 1 – Ilustração de possíveis cenários de aplicações de radar UWB. (a) Monitoramento de motoristas e pilotos. (b) Monitoramento de pacientes em hospitais. (c) Monitoramento de berços infantis. (ZITO et al. 2011).
Uma variante do tradicional radar é o radar por impulso ou I-Radar, que pode usar pulsos de banda ultra-larga (Ultra Wideband – UWB), sendo este também formado pelo sistema transmissor e pelo sistema receptor, em especial na área médica para aplicações de aquisição de sinais de batimentos cardíacos e taxa de respiração.
Segundo os estudos realizados por Karlen, Mattiussi e Floreano (2009), pode-se classificar a intensidade de sono de motoristas ou pilotos de aeronaves através do eletrocardiograma (ECG) e pelos sinais da respiração, desta forma Zito et al. (2011) propôs o uso de radar UWB para realizar a aquisição dos sinais respiratórios provenientes do movimento das paredes dos pulmões. Com este estudo, notou-se que um sistema desse tipo poderia ser integrado ao painel de automóveis e aeronaves, possibilitando o monitoramento em tempo real dos sinais vitais do motorista, bem como do piloto (Figura 1(a)), podendo contribuir para a diminuição dos riscos provenientes da desatenção causada pelo sono.
Com base na literatura, nota-se a potencialidade de usar um sistema de radar de impulso UWB para monitoramento de sinais vitais de pacientes (Figura 1(b)) em tratamento residencial, em ambiente hospitalar aplicado em salas de emergência, tratamento intensivo, unidade móveis e operações de resgate (STADERINI, 2002).
Outra potencial aplicação que motiva as pesquisas com esta tecnologia é o uso de radar UWB para diagnósticos de distúrbios respiratórios, por exemplo as chamadas apneias (CAPLES; GAMI; SOMERS, 2005), que ocorrem tanto em adultos como em crianças.
Pode-se citar outra aplicação, o monitoramento de leitos pediátricos (Figura 1(c)), único ou múltiplos, tanto em ambientes hospitalares quanto domésticos para o alerta e/ou diagnóstico da síndrome da morte súbita do lactante (SMSL ou SIDS acrônimo na língua inglesa) (STADERINI, 2002).
Segundo Pinho e Nunes (2011) e Lopes (2001), a SMSL tem por definição a morte súbita e inexplicável de uma criança, aparentemente saudável, com menos de um ano de vida, cujos exames post mortem completos não evidenciam as causas da morte. Esta doença é observada em aproximadamente 0,1% das crianças menores de um ano de vida e segundo Bergman (2011, p. 87) causa na família da criança vítima desta síndrome o que ele chama de “devastação emocional”. Em seu estudo de acompanhamento aos familiares de crianças acometidas pela SMSL, o Dr. Bergman invariavelmente ouvia perguntas como: “Por que meu filho morreu?”, ou “o que eu fiz para provocar a morte do meu bebê?” e ainda outra pergunta muito comum, que vem de encontro à motivação deste trabalho, “o que eu poderia ter feito para evitar a morte do meu bebê?”.
Ao ser questionada, Nunes, (2012) sobre as chances de sobrevivência da criança que recebe os primeiros socorros segundos após a manifestação da SMSL, a Dra. Magda Lahorgue Nunes, Coordenadora do programa de pós-graduação em Medicina e Ciências da Saúde da PUCRS respondeu: “…acredita-se que o momento final da SIDS seja uma apnéia com parada cardio–respiratória, sim, em tese se isto fosse detectado na hora e a criança reanimada haveria chances de sobrevida…” (NUNES, 2012). Entretanto a Dra. Nunes reforça que: “…o difícil é saber antes do episódio quem vai ter, pois os fatores de risco estudados são populacionais e não individuais.” (NUNES, 2012), neste caso faz-se necessário o desenvolvimento de um sistema acessível ao maior número de pessoas.
Segundo Staderini (2002), a técnica de radar UWB apresenta grande precisão no monitoramento de sinais vitais, o que abriu novas e promissoras áreas de aplicação para medidas das funções vitais de maneira remota e totalmente livre de contato, independente do tamanho do órgão que se deseja monitorar, podendo ser cordas vocais, artérias e veias, coração, pulmão ou até fígado.
Solberg et al. (2010) propõem o uso de radar UWB para estimar o raio interno da área da seção transversal da aorta, sendo essa uma das maiores artérias do sistema circulatório humano e a de maior relevância.
Além da potencialidade de aplicações médicas para aquisição de sinais vitais o radar de impulso UWB opera e irradia baixíssima potência, podendo coexistir com outros instrumentos médicos e oferece robustez única a interferências, uma das características da tecnologia UWB (LAZARO; GIRBAU; VILLARINO, 2010). De Oliveira et al. (2012c) propõem o uso de radar UWB para aplicações de localização de coordenadas relativas no campo de batalha.
Referências
BERGMAN, A. B. Next steps in the study of sudden infant death syndrome. Journal Pediatr. v.87, n.2, p.87-88, 2011.
CAPLES, S. M.; GAMI, A. S.; SOMERS. Obstructive sleep apnea. Annals of Internal Medicine. v. 142, n. 3, p. 187-197, 2005.
DEVINE, P. Radar level measurement. The users guide. Sussex – UK: VIP Print, 2000. P.154. ISBN: 0-9538920-0-X.
KARLEN, W.; MATTIUSSI, C.; FLOREANO, D. Sleep and wake classification with ECG and respiratory effort signals. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. v. 3, n.2, p. 71-78, 2009.
LAZARO, A.; GIRBAU, D.; VILLARINO, R. Analysis of vital signs monitoring using na IR-UWB radar. Progress In Electromagnetics Research. v. 100, p. 265-284, 2010.
LOPES, J. M. A. Sudden infant death syndrome. Journal Pediatr. v. 77, n.1, p. 8, 2001.
PINHO, A. P. S.; NUNES, M. L. Epidemiological profile and strategies for diagnosing SIDS in a developing country. Journal Pediatr. v. 87, n. 2, p. 115-122, 2011.
SOLBERG, L. E. et al. Minimum variance signal selection for Aorta Radius Estimation Using Radar. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. v. 2010. Doi:10.1155/2010/682037.
STADERINI, E. M. UWB Radars in Medicine. IEEE Aerospace and electronic Systems Magazine. v. 17, p.13-18, 2002.
ZITO, D. et al. SoC CMOS UWB Pulse Radar Sensor for Contactless Respiratory Rate Monitoring. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. v. 5, n. 6, p.503-510, 2011.
O radar de micro-ondas permite gerar imagens de alta resolução para uso no diagnóstico de tumores e vem sendo um assunto de grande interesse da comunidade de mundial de Eletromagnetismo Aplicado à Bioengenharia. Basicamente pode-se descrever essa técnica como um sistema de radar que usa um arranjo de antenas (transmissora e receptora) estrategicamente posicionadas na região do tecido em análise de maneira a proporcionar condições ideais para a penetração das micro-ondas, geradas na antena transmissora, que ao atravessarem produzem alterações nas características do sinal em função das diferentes densidades dos tecidos internos. Estas alterações são percebidas após recepção do sinal e posteriormente são processados por algoritmos específicos para a geração de uma representação dielétrica (condutividade e permissividade) dos tecidos biológicos na forma de imagens de alta resolução, estas por sua vez podem ser utilizadas pelo médico para realizar o diagnóstico da doença. Esta nova técnica de análise por imagens por micro-ondas suscitou uma série de possibilidades, dentre elas a detecção de sinais vitais, como os batimentos cardíacos e a taxa de respiração, assim como a análise e diagnóstico precoce do câncer cerebral infantil. Esta doença (o câncer cerebral infantil) se tornaram a segunda maior causa de câncer infantil, depois da leucemia. Entretanto, devido aos avanços da medicina no diagnóstico precoce e tratamento da leucemia, os tumores cerebrais se tornaram a principal causa de óbitos de crianças com câncer. Com intuito de aumentar a sobrevida das crianças acometidas com esse tipo de câncer, este projeto visa o estudo de um sistema baseado em micro-ondas (MW) para detecção precoce de câncer de cérebro, de maneira não invasiva e que lance as bases tecnológicas para a produção futura de um sistema inovador de análise por imagens de baixo custo e portátil.
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