Avaliação de um rádio definido por software objetivando detecção de câncer de mama por micro-ondas.

Abstract

Nome: Carvalho, Dionísio de Título: Avaliação de um rádio definido por software objetivando detecção de câncer de mama por micro-ondas. Tese apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para a obtenção do título de Doutor em Ciências. Aprovado em : 29/Nov/2023 Banca Examinadora "Lá no Sertão, quase ninguém tem estudo Um ou outro que lá aprendeu ler Mas tem homem capaz de fazer tudo, doutor Que antecipa o que vai acontecer " Oricuri (O Segredo do Sertanejo) -João do Vale ResumoA detecção precoce de um tumor na mama feminina proporciona uma taxa de cura próxima de cem por cento. A imagiologia médica empregando micro-ondas (ondas eletromagnéticas com faixa de frequência variando de 300 MHz a 30 GHz) é uma modalidade que tem sido investigada há mais de 30 anos. Nesta tese propôs-se a investigar os sistemas atuais que são capazes de gerar uma imagem a partir da interação das ondas eletromagnéticas com o tecido mamário e as células cancerígenas. Paralelamente, realizou-se um estudo dos equipamentos utilizados por tais sistemas para gerar e recuperar os sinais de micro-ondas que iluminam a mama. Dentre os que apresetam imagens clínicas, o vector network analyzer (VNA) é o mais utilizado. Porém, o software-defined radio (SDR) também é capaz de gerar e receber sinais de micro-ondas na faixa de frequência necessária para imagiologia médica, além de ser economicamente mais acessível, possibilitar o desenvolvimento de um sistema portátil e ser facilmente testável. A partir disso, a tese analisou a viabilidade técnica de uma placa de VNA chamada BladeRF 2.0, a fim de comprovar sua capacidade em termos de potência de transmissão e recepção dos sinais de micro-ondas. Os testes realizados empregaram antenas Vivaldi posicionadas frente a frente a 15.0 cm de distância entre elas e se diferenciaram pelo meio de propagação das micro-ondas. No primeiro cenário, considerou-se o ar como meio de propagação; enquanto no segundo, uma mama postiça que mimetizou os tecidos internos. Além disso, no primeiro cenário foram utilizados um VNA, que gerou sinais recebidos pelo SDR; e um analisador de espectro, que mediu os sinais gerados pelo SDR. Já no segundo cenário, o próprio SDR foi responsável por gerar e captar os sinais de micro-ondas. Os resultados mostraram que, com os sinais propagando-se pelo ar, a BladeRF 2.0 é capaz de transmitir uma potência de + 18,0 dBm em 1,0 GHz e próximo de + 10,0 dBm em 6.0 GHz; e captar um sinal de -80,0 dBm gerado pelo VNA e transmitido pela antena Vivaldi. Ressalta-se que foram acoplados ao SDR amplificadores de potência tanto no canal de transmissão quanto de recepção. Já no cenário considerando a mama postiça e apenas o SDR, esse apresenta uma relação de sinal-ruído de 52,0 dB para a faixa de frequência de 1,0 a 6,0 GHz. Com esses resultados, concluiu-se que o SDR atende às especificações quanto à potência dos sinais de micro-ondas para um sistema de imagiologia médica. Nesta tese também simulou-se e testou-se um pulso sintético de banda ultralarga a partir da modulação de onda contínua d...