PROFESSOR: Eliab RodriguesAULA 2: Óptica Biomédica 2

UNIVERSIDADE DE CIENCIAS DA SAÚDE DE ALAGOAS

Sumário Geral

ÓPTICA BIOMÉDICAIntrodução a Óptica Biomédica II

Introdução às Fibras Ópticas,Estudo sobre os Endoscópios.

Tecnologia de Transmissão de Dados

A Fibra Óptica

É um filamento flexível e transparente fabricado a partir de vidro ou plástico extrudido e que é utilizado como condutor de elevado rendimento de luz, imagens ou impulsos codificados.

Figura1: Fibra óptica

Características da Fibras ÓpticasA Fibra pode chagar a 380 micrometros de diâmetros,

Núcleo pode medir menos de 100 micrometros de diâmetro,

Núcleo transparente de vidro puro envolto por um material com menor índice de refração,

A luz é mantida no núcleo através de reflexão interna total,

A fibra funciona como guia de onda, transmitindo luz entre as duas extremidades.

Fibras Monomodo e MultimodoAs Fibras Monomodo são usadas na maioria das

ligações de telecomunicações superiores a um quilometro.

As Fibras Multimodo têm geralmente diâmetro superior e são usadas para ligações de telecomunicações a curta distância ou quando é necessário transmitir uma quantidade elevada de potência.

Características da Fibra Multimodo

Vantagens Desvantagens

O Núcleo sendo de grande diâmetro torna mais fácil o

alinhamento, que é o caso de emendas, conectores, etc.

Distâncias menores e limitadas, quando comparadas as Fibras

Ópticas Monomodo.

Baixo custo, quando comparado a outros tipos de Fibra, não só da Fibra em si, mas também dos materiais agregados, como conectores, componentes

eletrônicos e, outros.

Taxas de Transmissão mais baixas, quando comparadas as

Fibras Ópticas Monomodo.

 

Tabela1: Fibra Multimodo

Estrutura da Fibra Multimodo

Figura2: Fibra Multimodo

 

Estrutura da Fibra Monomodo

Tabela2: Fibra Monomodo

 

Vantagens Desvantagens

Distâncias maiores e ilimitadas, quando comparadas as Fibras

Ópticas Multimodo.

Devido as dimensões do Núcleo da Fibra Óptica Monomodo serem

extremamente reduzidas, isto torna difícil o alinhamento, que é o caso de

emendas, conectores, etc.

Taxas de Transmissão muito mais altas (superiores a 160 Gbit/s) quando comparadas as Fibras

Ópticas Multimodo.

Alto custo, quando comparado á outros tipos de Fibra, não só da Fibra

em si, mas também dos materiais agregados, como conectores,

componentes eletrônicos e, outros.

Comparação de Modos

As fibras mais usuais em aparelhos e Sistemas de Diagnósticos são as Fibras Multimodos, apesar de curtos, porém, suas características de transmissão de múltiplos sinais e em curtas distâncias – geralmente, pequenos trechos de cabos entre o fotodetector e o aparelho de condicionamento do sinal.

Figura3: Fibra Multimodo-Monomodo

Camadas

O núcleo (filamento de vidro): No núcleo, ocorre a transmissão da luz propriamente dita.

A Casca: Limita a direção e o espalhamento da luz.

O revestimento: Material eletricamente isolante, impede interferências de sinais exteriores.

Figura4: Fibra Óptica II

Transmissão de DadosPara transmitir dados pela fibra óptica, são necessários

equipamentos especiais que contenham:

Componente fotoemissor (LED, Diodo laser): O fotoemissor converte sinais elétricos em pulsos de luz que representam os valores digitais binários (0 e 1).

Tecnologias como WDM (CWDM e DWDM): Para fazer a multiplexação de vários comprimentos de onda em um único pulso de luz chegando a taxas de transmissão de 1,6 Terabits/s em um único par de fibras.

Fenômeno da Macrocurvatura

A Macrocurvatura, em inglês Macrobending, que ocorre quando a Fibra sobre uma curvatura tal que a luz tende a escapar de seu confinamento, conforme ilustrado na figura 4.

Figura5: Macrocurvatura

Uso da Macrocurvatura

Este fenômeno é usado para extrair e inserir luz em uma Fibra, para fins de medida, para alinhamento em máquinas de emenda, para comunicação em campo, etc.

Cuidado com o raio de curvatura efetuado para realizar esta Macrocurvatura, pois se este raio for muito reduzido a Fibra poderá sofrer um dano permanente.

Fenômeno da MicrocurvaturaA Microcurvatura, geralmente ocorre quando uma Fibra

sofre algum tipo de impacto ou uma curvatura com raio extremamente pequeno.

Normalmente este tipo de dano é irreversível e impede o uso da Fibra. A figura abaixo nos dá uma idéia deste tipo de ocorrência.

Figura6: Microcurvatura

Vantagens das Fibras ÓpticasMaior capacidade para transportar informações;

Matéria prima para sua fabricação, a sílica, é muito mais abundante que os metais e possui baixo custo de produção;

Não sofrem com as interferências elétricas nem magnéticas, além de dificultar um possível grampeamento;

A comunicação é mais confiável, perdas insignificante de sinais,

Ao contrário dos fios metálicos, os fios de vidro não enferrujam, não oxidam e não sofrem com a ação de agentes químicos.

ATIVIDADE 3 1. A estrutura das Fibras Ópticas é de: Silício ( ), Cobre ( ),

Alumínio ( ), Silicone ( ).

2. Qual fenômeno das Fibras Ópticas é aproveitado para inserir e extrair Luz em uma fibra?

3. O revestimento da Fibra Óptica é um material condutor de eletricidade?

4. Que tipo de modo de cabos em fibras ópticas pode ser utilizado sem interrupção por mais de 1 quilômetro?

5. Qual tipo de modo em cabos de fibra ópticas pode ser utilizado para transmitir vários sinais simultaneamente?

O uso da videoscopia clínica

SumárioHistória,Nascimento das Gastrocâmaras,Nascimentos dos Fibroscópios,Desenvolvimento dos Videoscópios,Mudança em Direção ao Sistema HDTV,Futuro dos Endoscópios,Parte dos EndoscópiosEndoscópio Industrial,Endoscópio Gastrintestinal,Aplicações dos Endoscópios.

EndoscópioSão aparelhos utilizados para acessar regiões difíceis.

Na indústria há o Endoscópio Industrial para inspeções partes de máquinas, motores, painéis, etc. fora do alcance da visão humana.

No uso clínico, os endoscópios são utilizados para ver o organismo animal, através da via ora, genital e anal, ou através de outros órgãos por incisões cirúrgicas.

São utilizadas antes, durantes e após procedimentos cirúrgicos.

Tipos e Aplicações de Endoscópios

Endoscópio Clínico - Gastrintestinal

História dos Endoscópios

O endoscópio, um instrumento que permite observar o interior do corpo humano, foi usado na antiguidade, nos períodos grego e romano.

Nas ruínas de Pompéia, foi descoberto e evidenciado um instrumento considerado um protótipo dos endoscópios.

Figura7: Possível Endoscópio de Pompéia

História dos Endoscópios

Figura8: Endoscópio Antigo

História dos Endoscópios Philip Bozzini quem, em 1805, fez a primeira tentativa de

observar o corpo humano vivo através de um tubo que ele criou – Lichtleiter - para examinar o trato urinário, o reto e a faringe.

Em 1853, Antoine Jean Desormeaux, fabricou um instrumento especialmente destinado a examinar o trato urinário e a bexiga.

Em 1886 que o médico alemão, Dr. Adolph Kussmaul conseguiu observar o estômago de um corpo humano vivo, pela primeira vez. Isso foi testado num engolidor de espadas, que pôde para engolir um tubo de metal “recto” de 47 centímetros de comprimento com um diâmetro de 13 milímetros.

O Endoscópio Flexível  surge finalmente em 1932 inventado pelo Dr. Rudolph Schindler.

Desenvolvimento das Gastrocâmeras

As primeiras tentativas de desenvolver uma gastrocâmara foram feitas por Lange e Meltzing, da Alemanha, em 1898, mas eles não conseguiram produzir um dispositivo para uso na prática.

Figura9: Gastrocãmera I Figura10: Gastrocãmera II

Desenvolvimento das gastrocâmeras

Esses esforços ajudaram no desenvolvimento da prática médica, e a gastrocâmara passou a contribuir para a detecção precoce do câncer do estômago.

Figura11: Gastrocâmera Circuito

Surgimento dos Fibroscópios

O Surgimento da Fibra de Vidro (Fira Óptica), em 1960 atraiu a atenção dos fabricantes de endoscópios. Em 1964, Basil Hirshowitz se beneficiaram das características da

fibra de vidro de transmitir a luz de uma extremidade à outra mesmo quando estava curvada.

Pela primeira vez, os médicos se conseguiram enxergar o interior do estômago em tempo real (vivo).

O dispositivo, entretanto, não era equipado para tirar fotografias.

Uma câmera foi montada na ocular para viabilizar a utilização de fotografias.

A era das Gastrocâmaras chegou ao final por volta de 1975.

Nascimento dos Fibroscópios

Figura12: Fibroscópio I

Figura13: Fibroscópio II

Estrutura dos Fibroscópios

Figura14: Fibroscópio Esquema

Desenvolvimento dos VideoscópiosUm videoscópio (instrumento eletrônico de observação) é

um endoscópio com uma câmera embutida usando CCD (charge-coupled device – dispositivo de cargas acopladas).

Ele converte imagens em sinais elétricos para serem exibidas em um monitor de TV.

Isto permite mais de um profissional acompanhar ver a imagem do interior simultaneamente, através do vídeo.

Figura15: Primeiro Sistema de Videosc0pia

1. Endoscópio2. Processadora3. Teclado4. Estabilizadores5. Unidade de

gravação

Desenvolvimento dos Videoscópios Ultrassonicos

Os endoscópios ultra-sônicos permitem exames de superfície do trato gastrointestinal e das camadas abaixo dele, eles passaram a ter acoplado ao mesmo instrumentos cirúrgicos.

O médico pode determinar a profundidade da penetração da lesão ou da úlcera no órgão.

Assim, o endoscópio começou a assumir um papel mais amplo como um instrumento para tratamento clínico em vez de apenas uma ferramenta convencional de exame e diagnóstico.

Figura16: Sistema de Videosc0pia Ultrassônico

Mudança para o HDTV

Em novembro de 2002 foi apresentado o primeiro sistema de endoscópio baseado na tecnologia HDTV do mundo.

O sistema aproveita integralmente as vantagens da tecnologia de imagens.

Imagens de alta resolução e ampliadas, maior riqueza de detalhes e de informação (IA).

Mudança para o HDTVOs endoscópios baseados em HDTV se transformaram no

principal sistema de endoscopia.

Futuro dos Endoscópios

Figura17: Endoscópio protótipo

Partes

Partes

Partes

Partes

Partes

RecomendaçõesPeriodicidade de aferição: A cada 6 meses ou 100 casos.

Tocar o conector da guia de luz com as mãos imediatamente após o uso do Endoscópio pode causar queimaduras.

Não tocar a extremidade do conector da guia de luz até que este tenha resfriado (5 minutos).

A armazenagem do Endoscópio em uma maleta pode causar infecção.

Fuga de corrente pode causar queimaduras. Operar os instrumentos dentro de uma faixa de saída especificada.

Processadora do Endoscópio- Fonte de Luz -

Figura19: Processadora Pentax

Figura18: Processadora

RecomendaçõesLimpar cuidadosamente qualquer sujidade acumulada ou

manchas no equipamento com uma gaze ou um pano macio.Para as nódoas difíceis ou persistentes, lavar com gaze

humedecida com um detergente neutro diluído em 5 ou 6 vezes o seu volume de água.

Limpar o Trackball: Rodar o anel do trackball para a esquerda e retirar o anel e a

esfera. Se for difícil retirar a esfera, colocar uma fita adesiva na bola e

puxá-la para cima. Remover o pó acumulado na esfera. Remover o pó agarrado à parte dos rolamentos com um cotonete. Colocar a esfera e o anel e rodar o anel para a direita para o fixar.

ATIVIDADE 4Cite 4 Aplicações dos Endoscópios:Cite 4 Partes de um Endoscópio:Coloque os termos na ordem

cronológica:Fibroscópio, Gastrocâmera, HDTV, Videoscópio Ultrassônico.

O que faz a Processadora do Endoscópio?

Fontes Bibliográficas:Acessados em 05/02/2015Thyagarajan, K.; Ghatak, Ajoy K. Fiber Optic

Essentials. [S.l.]: Wiley-Interscience, 2007. 34– pp. ISBN 978-0-470-09742-7.

Infopédia, Enciclopédia de Língua Portuguesa da Porto Editora. Fibra ótica. Visitado em 10 de setembro de 2014.

http://www.olympuslatinoamerica.com/portuguese/msg/msg_product_detail_port.asp?d=1&s=4&c=16&g=2092

http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfoIII/default.asp

Fonte das Imagens: Figura1: https://www.acate.com.br/node/4195 (acessado em 05/02/2015) Figura2: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfoIII/pagina_4.asp

(acessado em 05/02/2015) Figura3: http://www.itnerante.com.br/forum/topics/resolu-o-da-quest-o-43-

do-senado-2012-suporte-redes?commentId=1867568%3AComment%3A106095 (acessado em 05/02/2015)

Figura4: http://pt.wikipedia.org/wiki/Fibra_óptica (acessado em 05/02/2015)

Figura5,6: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfoIII/pagina_3.asp (acessado em 05/02/2015)

Figura18: http://portaldomedico.com/produto/9870b2fd-91f2-42d9-b72e-ebd83e56500a (acessado em 05/02/2015)

Figura19: http://www.scopex.com.br/produtos/conjuntos-de-video-sistema-de-video-endoscopia-modelo-corrente-pentax-epk-1000 (acessado em 05/02/2015)