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Dissertações |
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ANDRÉ MORILHA DUARTE
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Evaluation and Systematization of the Transfer Function Analysis and Autoregulation Index for Cerebral Autoregulation Assessment
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Orientador : JOAO LOURES SALINET JUNIOR
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Data: 11/01/2022
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Introduction: The cerebral autoregulation (CA) mechanism plays a crucial role in brain homeostasis, being responsible for maintaining constant cerebral blood flow (CBF) despite variations in arterial blood pressure (ABP) between the limits of 60 to 140 mmHg. Transfer function analysis (TFA) and Autoregulation index (ARI) are worldwide used techniques to characterize CA through interaction between ABP and CBF. TFA models the process of CA as a linear system in which spontaneous ABP variations (system input) reflect in the CBF speed (system output) to report gain, phase and coherence values. The TFA method uses spontaneous BP and CBF velocity (CBFv) response measurements to compute the transfer function of the system. The CA system in healthy subjects tends to attenuate large ABP variations to have stable CBFv values. ARI is a dimensionless index (0 to 9) for which a response of CBFv to a hypothetical impulse change in ABP is estimated using TFA of spontaneous fluctuations in ABP and CBFv. An ARI of 9 describes a system in which CBF returns quickly to baseline levels after step-changes in ABP, whereas an ARI value of 0 describes a system in which there is no compensatory change in CBF, indicating completely impaired CA. ARI estimation is somehow dependent on TFA. Previous studies have assessed how different parameter settings in the TFA analysis have distorted its outcome, in order to understand the influence of each parameter variation. Currently, researchers at the Cerebral Autoregulation Network (CARNet) have concentrated efforts to standardize the TFA parameters used to quantify CA. In this context, this study aims to analyze the impact CA assessment through ARI by varying the TFA model parameters, such window length, type of tapered window and percentage of overlap.
Methods: ABP and bilateral CBFv of 12 healthy participants and 12 ischemic stroke patients were recorded for 5 minutes on baseline (Fs: 100 Hz; CAPPesq no.126713 HCFMUSP). Signals were uploaded and analyzed in the Cerebral Autoregulation Open Source (CAAos) platform, a new free software research tool, created by the researchers. Signals were pre-processed including calibration and filtering. For each beat, detection of systole and end-diastole is carried out in both signals. The mean value of ABP and CBFv of each cardiac cycle was computed and associated to the time instant of the central sample of the cardiac cycle. The averaged values become the samples of the beat-to-beat ABP and CBFv signals. It is followed by a 5 Hz resampling through a cubic spline interpolation. Welch’s method is applied to calculate the ABP auto spectrum (Sxx) and cross spectrum of ABP and CBFv (Sxy). Transfer function H(f) is obtained by the division between (Sxx(f)/Sxy(f))*. The CBFv response to a step change in ABP was estimated from the inverse FFT of the H(f). The subject’s ARI index, from left and right cerebral hemispheres, was obtained by the minimum root mean square error (RMSE) fitting error of the corresponding Tiecks model responses using the first 6 seconds of the step response. In summary, this model uses a second-order differential equation to predict CBFv response, V(t), corresponding to a relative ABP modulation, dP(t), by the formula: V(t) = 1 + dP(t) − K × x2(t), where K represents a gain parameter, an x2 (t) is a state variable obtained based in three parameters gain (K), time constant and dampening factor. Ten combinations of these three parameters were proposed to represent a different value of ARI. The template curve corresponding to the minimum RMSE determines the corresponding value of ARI of the subject. TFA parameters and ARI were obtained for each parameter changed window type (Rectangular, Hanning, Hamming and Tukey), window length (25, 50, 75, 100, 120) and overlap percentage (25%, 50% and 75%). Results were compared with the recommended literature (length 100s, Hanning window and 50% overlap).
Results: Gain values over the frequency range for healthy participants were low, specifically for lower frequency ranges, phase presented higher values for very low frequency (VLF) and LF, decreasing its values for high frequency (HF). Coherence values were not much higher than 0.5 n.u. for all frequency ranges, demonstrating then that both ABP and CBFv signals in the TFA were not related. For Stroke patients, gain showed slightly higher values in all frequency ranges when compared with healthy participants, phase also showed higher values in the VLF range as previous literature results. The coherence showed higher values in both VLF and HF, suggesting that for stroke patients the ABP and CBFv signals are more similar than in healthy participants. Varying the window length during the Welch Method affected differently the TFA results for healthy and stroke patients. For gain, a higher number of differences in the statistical analysis were found among the different window lengths in healthy participants than in stroke participants, suggesting that in a healthy cerebral autoregulatory system varying the window length results in a wider range of results. The same differences concerning the type of window applied in the Welch Method was observed for coherence results, in which rectangular x Hanning and rectangular x Haming presented significant differences. Both stroke patients and healthy participants presented differences for gain results by varying the overlap in the Welch Method. For all window lengths the ARI results from the affected side showed lower results when compared with the corresponding window length in the healthy participants group. For healthy participants, the higher ARI value was observed for 100 s and 120 s windows, whereas for stroke participants it was for 75 s and 100 s windows. The window type did not seem to interfere in the difference between healthy and stroke patients, lower ARI values continued to be observed in the stroke patients’ group, even by using different windows in both groups. The overlap also did not affect the lower ARI values in the stroke patients’ group. The statistical analysis performed by the ANOVA test indicated the influence of using different window lengths during the Welch Method for both healthy participants and stroke group. In both cases it was found that only the 25 s windows differ from the other windows, the other lengths used to estimate the ARI did not show statistical differences at all. Neither varying the window type nor the overlap affected the ARI estimation, in other words, varying window type and overlap during the Welch Method in both groups did not result in a different ARI estimation.
Conclusions: Concerning the importance of estimating the better clinical parameter to quantify the CA, the TFA and ARI seems to perform well trying to establish the difference between a healthy participant and stroke patient. By changing the parameters, the TFA presented more differences in among the parameters combination when compared with the ARI, nevertheless the TFA comprehension is wider by quantifying the CA in three parameters, while the ARI does it in one.
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Introduction: The cerebral autoregulation (CA) mechanism plays a crucial role in brain homeostasis, being responsible for maintaining constant cerebral blood flow (CBF) despite variations in arterial blood pressure (ABP) between the limits of 60 to 140 mmHg. Transfer function analysis (TFA) and Autoregulation index (ARI) are worldwide used techniques to characterize CA through interaction between ABP and CBF. TFA models the process of CA as a linear system in which spontaneous ABP variations (system input) reflect in the CBF speed (system output) to report gain, phase and coherence values. The TFA method uses spontaneous BP and CBF velocity (CBFv) response measurements to compute the transfer function of the system. The CA system in healthy subjects tends to attenuate large ABP variations to have stable CBFv values. ARI is a dimensionless index (0 to 9) for which a response of CBFv to a hypothetical impulse change in ABP is estimated using TFA of spontaneous fluctuations in ABP and CBFv. An ARI of 9 describes a system in which CBF returns quickly to baseline levels after step-changes in ABP, whereas an ARI value of 0 describes a system in which there is no compensatory change in CBF, indicating completely impaired CA. ARI estimation is somehow dependent on TFA. Previous studies have assessed how different parameter settings in the TFA analysis have distorted its outcome, in order to understand the influence of each parameter variation. Currently, researchers at the Cerebral Autoregulation Network (CARNet) have concentrated efforts to standardize the TFA parameters used to quantify CA. In this context, this study aims to analyze the impact CA assessment through ARI by varying the TFA model parameters, such window length, type of tapered window and percentage of overlap.
Methods: ABP and bilateral CBFv of 12 healthy participants and 12 ischemic stroke patients were recorded for 5 minutes on baseline (Fs: 100 Hz; CAPPesq no.126713 HCFMUSP). Signals were uploaded and analyzed in the Cerebral Autoregulation Open Source (CAAos) platform, a new free software research tool, created by the researchers. Signals were pre-processed including calibration and filtering. For each beat, detection of systole and end-diastole is carried out in both signals. The mean value of ABP and CBFv of each cardiac cycle was computed and associated to the time instant of the central sample of the cardiac cycle. The averaged values become the samples of the beat-to-beat ABP and CBFv signals. It is followed by a 5 Hz resampling through a cubic spline interpolation. Welch’s method is applied to calculate the ABP auto spectrum (Sxx) and cross spectrum of ABP and CBFv (Sxy). Transfer function H(f) is obtained by the division between (Sxx(f)/Sxy(f))*. The CBFv response to a step change in ABP was estimated from the inverse FFT of the H(f). The subject’s ARI index, from left and right cerebral hemispheres, was obtained by the minimum root mean square error (RMSE) fitting error of the corresponding Tiecks model responses using the first 6 seconds of the step response. In summary, this model uses a second-order differential equation to predict CBFv response, V(t), corresponding to a relative ABP modulation, dP(t), by the formula: V(t) = 1 + dP(t) − K × x2(t), where K represents a gain parameter, an x2 (t) is a state variable obtained based in three parameters gain (K), time constant and dampening factor. Ten combinations of these three parameters were proposed to represent a different value of ARI. The template curve corresponding to the minimum RMSE determines the corresponding value of ARI of the subject. TFA parameters and ARI were obtained for each parameter changed window type (Rectangular, Hanning, Hamming and Tukey), window length (25, 50, 75, 100, 120) and overlap percentage (25%, 50% and 75%). Results were compared with the recommended literature (length 100s, Hanning window and 50% overlap).
Results: Gain values over the frequency range for healthy participants were low, specifically for lower frequency ranges, phase presented higher values for very low frequency (VLF) and LF, decreasing its values for high frequency (HF). Coherence values were not much higher than 0.5 n.u. for all frequency ranges, demonstrating then that both ABP and CBFv signals in the TFA were not related. For Stroke patients, gain showed slightly higher values in all frequency ranges when compared with healthy participants, phase also showed higher values in the VLF range as previous literature results. The coherence showed higher values in both VLF and HF, suggesting that for stroke patients the ABP and CBFv signals are more similar than in healthy participants. Varying the window length during the Welch Method affected differently the TFA results for healthy and stroke patients. For gain, a higher number of differences in the statistical analysis were found among the different window lengths in healthy participants than in stroke participants, suggesting that in a healthy cerebral autoregulatory system varying the window length results in a wider range of results. The same differences concerning the type of window applied in the Welch Method was observed for coherence results, in which rectangular x Hanning and rectangular x Haming presented significant differences. Both stroke patients and healthy participants presented differences for gain results by varying the overlap in the Welch Method. For all window lengths the ARI results from the affected side showed lower results when compared with the corresponding window length in the healthy participants group. For healthy participants, the higher ARI value was observed for 100 s and 120 s windows, whereas for stroke participants it was for 75 s and 100 s windows. The window type did not seem to interfere in the difference between healthy and stroke patients, lower ARI values continued to be observed in the stroke patients’ group, even by using different windows in both groups. The overlap also did not affect the lower ARI values in the stroke patients’ group. The statistical analysis performed by the ANOVA test indicated the influence of using different window lengths during the Welch Method for both healthy participants and stroke group. In both cases it was found that only the 25 s windows differ from the other windows, the other lengths used to estimate the ARI did not show statistical differences at all. Neither varying the window type nor the overlap affected the ARI estimation, in other words, varying window type and overlap during the Welch Method in both groups did not result in a different ARI estimation.
Conclusions: Concerning the importance of estimating the better clinical parameter to quantify the CA, the TFA and ARI seems to perform well trying to establish the difference between a healthy participant and stroke patient. By changing the parameters, the TFA presented more differences in among the parameters combination when compared with the ARI, nevertheless the TFA comprehension is wider by quantifying the CA in three parameters, while the ARI does it in one.
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ANA CLARA CASTRO PIMENTEL SILVA ARAUJO
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ÓRTESE PARAMETRIZADA PARA TRATAMENTO DE FRATURA DO RÁDIO DISTAL PRODUZIDA POR MANUFATURA ADITIVA
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Data: 11/03/2022
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As fraturas do rádio distal (FRD) são as mais comuns na ortopedia e ocorrem principalmente em jovens durante acidentes de alta energia e em idosos durante acidentes de baixa energia. Alguns casos não requerem tratamento com intervenção cirúrgica, apenas a redução fechada e uso de imobilizador como gesso ou órtese confeccionada com placa termoplástica. O processo de manufatura aditiva por extrusão de material tem sido utilizado na fabricação de órteses personalizadas como alternativa ao uso do gesso e órteses termoplásticas, porém, a modelagem 3D de uma órtese personalizada requer conhecimentos específicos que limitam a produção de órteses impressas. O objetivo dessa pesquisa foi desenvolver um modelo parametrizado de órtese em quatro tamanhos para o tratamento de FRD. A metodologia da pesquisa foi dividida em duas fases: 1) Desenvolvimento do modelo da órtese e tamanhos a partir de uma análise estatística de oito parâmetros antropométricos de mãos e 2) Avaliação das órteses em biomodelos de membro superior pela realização de um ciclo de prototipagem acompanhado por duas terapeutas ocupacionais. A altura da palma foi o parâmetro com melhor correlação com os demais (r entre 0,45 e 0,78) e foi utilizado como guia na divisão dos tamanhos P, M, G e GG. Seis modelos virtuais de órtese foram desenvolvidos e a órtese com o design mais adequado para tratamento de FRD foi modelada virtualmente nos quatro tamanhos, impressas em material termoplástico Poli(ácido lático) pelo processo de extrusão de material e foram testadas nos biomodelos criados especialmente para essa pesquisa. A órtese criada para tratamento de FRD é ergonômica, permite transpiração da pele, e pesa cerca de 28,12% de um gesso de tamanho correspondente. Além disso, o processo utilizado de manufatura da órtese evita desperdício de material e pode ser realizado com impressoras 3D de baixo custo. Para a definição do tamanho adequado de órtese, o profissional de saúde precisa apenas medir a altura da palma do paciente, escolher o tamanho da órtese, realizar a impressão 3D e moldar a órtese com um soprador térmico diretamente no antebraço do paciente. Apesar desse modelo de órtese ter sido desenvolvido considerando todos os requisitos para a imobilização do antebraço no tratamento de FRD, o modelo de órtese ainda deve ser testado em um grupo de voluntários em tratamento para que a sua eficácia possa ser avaliada e ela possa ser introduzida no mercado.
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As fraturas do rádio distal (FRD) são as mais comuns na ortopedia e ocorrem principalmente em jovens durante acidentes de alta energia e em idosos durante acidentes de baixa energia. Alguns casos não requerem tratamento com intervenção cirúrgica, apenas a redução fechada e uso de imobilizador como gesso ou órtese confeccionada com placa termoplástica. O processo de manufatura aditiva por extrusão de material tem sido utilizado na fabricação de órteses personalizadas como alternativa ao uso do gesso e órteses termoplásticas, porém, a modelagem 3D de uma órtese personalizada requer conhecimentos específicos que limitam a produção de órteses impressas. O objetivo dessa pesquisa foi desenvolver um modelo parametrizado de órtese em quatro tamanhos para o tratamento de FRD. A metodologia da pesquisa foi dividida em duas fases: 1) Desenvolvimento do modelo da órtese e tamanhos a partir de uma análise estatística de oito parâmetros antropométricos de mãos e 2) Avaliação das órteses em biomodelos de membro superior pela realização de um ciclo de prototipagem acompanhado por duas terapeutas ocupacionais. A altura da palma foi o parâmetro com melhor correlação com os demais (r entre 0,45 e 0,78) e foi utilizado como guia na divisão dos tamanhos P, M, G e GG. Seis modelos virtuais de órtese foram desenvolvidos e a órtese com o design mais adequado para tratamento de FRD foi modelada virtualmente nos quatro tamanhos, impressas em material termoplástico Poli(ácido lático) pelo processo de extrusão de material e foram testadas nos biomodelos criados especialmente para essa pesquisa. A órtese criada para tratamento de FRD é ergonômica, permite transpiração da pele, e pesa cerca de 28,12% de um gesso de tamanho correspondente. Além disso, o processo utilizado de manufatura da órtese evita desperdício de material e pode ser realizado com impressoras 3D de baixo custo. Para a definição do tamanho adequado de órtese, o profissional de saúde precisa apenas medir a altura da palma do paciente, escolher o tamanho da órtese, realizar a impressão 3D e moldar a órtese com um soprador térmico diretamente no antebraço do paciente. Apesar desse modelo de órtese ter sido desenvolvido considerando todos os requisitos para a imobilização do antebraço no tratamento de FRD, o modelo de órtese ainda deve ser testado em um grupo de voluntários em tratamento para que a sua eficácia possa ser avaliada e ela possa ser introduzida no mercado.
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THIAGO KENZO FUJIOKA SHIDA
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Efeito do congelamento da marcha e da medicação antiparkinsoniana na marcha de indivíduos com doença de Parkinson
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Orientador : DANIEL BOARI COELHO
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Data: 27/04/2022
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Indivíduos com doença de Parkinson (DP) apresentam alterações na marcha devido às complicações da patologia, como maior rigidez muscular, bradicinesia, menor automaticidade dos movimentos e problemas de equilíbrio postural. O tratamento padrão ouro da DP é a terapia farmacológica, que melhora sintomas motores e não motores da doença. Estudos reportam os efeitos da medicação, principalmente dopaminérgica, sobre os parâmetros espaço-temporais da marcha, mas poucos estudos avaliaram os efeitos sobre os parâmetros cinemáticos e cinéticos. Um fator que altera os parâmetros da marcha desses indivíduos é a presença de congelamento da marcha (CM). No entanto, não é documentada a interação entre CM e medicação antiparkinsoniana na marcha da DP. Dessa forma, o objetivo deste estudo é a avaliação dos efeitos da medicação antiparkinsoniana e da presença de congelamento da marcha nos parâmetros cinemáticos e cinéticos da marcha de indivíduos com DP. Participaram deste estudo 22 indivíduos com diagnóstico clínico de DP idiopática (17 homens e 5 mulheres; idade média = 64,1 anos, DP = 10,5; altura média = 166,8 cm, DP = 7,1; peso médio = 71,4 kg, DP = 12,3), sendo 11 com congelamento de marcha (CM+) e 11 sem congelamento de marcha (CM-). Os participantes com DP foram avaliados no período ON e OFF medicação. Para o grupo controle, foram selecionados 18 participantes saudáveis pareados pela idade de uma base de dados aberta (FUKUCHI et al., 2018). Todos os participantes andaram no chão em uma passarela com 10 metros de comprimento com uma velocidade confortável e autosselecionada. As variáveis cinemáticas e cinéticas da marcha e as características clínicas dos grupos em cada condição foram comparadas nas seguintes análises: Grupo DP CM+ e DP CM- ambos na condição ON e grupo controle; Grupo DP CM+ e DP CM- ambos na condição OFF e grupo controle; Grupo (DP CM+ e DP CM-) e condição (ON e OFF). Modelos lineares de efeitos mistos foram ajustados, controlando para diferenças entre grupos encontradas nas características demográficas e escalas clínicas para comparação entre grupos com DP. Para comparação entre os grupos DP e o grupo controle foi utilizado a análise de variância (ANOVA). O nível de significância para todas as análises foi estabelecido em p < 0,05 e para análise de interações foi utilizado o post hoc de Bonferroni. As diferenças cinemáticas apresentadas entre os grupos CM+ e CM- foram principalmente em articulações distais, (maior flexão do joelho no contato inicial, maior flexão mínima do joelho no apoio terminal, menor pico de flexão-plantar do tornozelo na resposta a carga e maior dorsiflexão do tornozelo durante a fase de balanço em comparação ao grupo CM-). Com relação a condição medicamentosa, os grupos em estado ON apresentaram alterações na amplitude de movimento de articulações tanto distais quanto proximais (maior pico de flexão do joelho durante a fase de balanço, maior amplitude de rotação pélvica e maior amplitude de adu/adbução do quadril em comparação ao estado OFF). Não foram observadas diferenças na análise de interação Grupo*Condição, ou seja, a medicação antiparkinsoniana apresentou melhoras nos parâmetros cinemáticos e cinéticos da marcha de indivíduos com DP CM+ e CM- de forma igualitária. A análise entre os grupos DP e Controle resultaram em uma maior quantidade de diferenças de parâmetros cinemáticos do grupo CM+; e ambos os grupos DP, independente da condição medicamentosa, apresentaram menor aplicação de força durante o segundo pico da componente vertical da FRS quando comparados ao grupo Controle. Conclui-se com este estudo que o congelamento de marcha afeta principalmente articulações ditais dos membros inferiores e que a medicação antiparkinsoniana afeta a amplitude de movimento de articulações tanto distais quanto proximais na marcha de indivíduos com DP. Os efeitos da medicação nos parâmetros cinemáticos e cinéticos da marcha atuam de forma análoga entre os grupos com e sem CM. Em comparação a indivíduos saudáveis, o grupo CM+ apresenta maiores diferenças na marcha do que o grupo CM-; e de modo geral, indivíduos com DP apresentam menores aplicações de força durante o período de impulso.
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Indivíduos com doença de Parkinson (DP) apresentam alterações na marcha devido às complicações da patologia, como maior rigidez muscular, bradicinesia, menor automaticidade dos movimentos e problemas de equilíbrio postural. O tratamento padrão ouro da DP é a terapia farmacológica, que melhora sintomas motores e não motores da doença. Estudos reportam os efeitos da medicação, principalmente dopaminérgica, sobre os parâmetros espaço-temporais da marcha, mas poucos estudos avaliaram os efeitos sobre os parâmetros cinemáticos e cinéticos. Um fator que altera os parâmetros da marcha desses indivíduos é a presença de congelamento da marcha (CM). No entanto, não é documentada a interação entre CM e medicação antiparkinsoniana na marcha da DP. Dessa forma, o objetivo deste estudo é a avaliação dos efeitos da medicação antiparkinsoniana e da presença de congelamento da marcha nos parâmetros cinemáticos e cinéticos da marcha de indivíduos com DP. Participaram deste estudo 22 indivíduos com diagnóstico clínico de DP idiopática (17 homens e 5 mulheres; idade média = 64,1 anos, DP = 10,5; altura média = 166,8 cm, DP = 7,1; peso médio = 71,4 kg, DP = 12,3), sendo 11 com congelamento de marcha (CM+) e 11 sem congelamento de marcha (CM-). Os participantes com DP foram avaliados no período ON e OFF medicação. Para o grupo controle, foram selecionados 18 participantes saudáveis pareados pela idade de uma base de dados aberta (FUKUCHI et al., 2018). Todos os participantes andaram no chão em uma passarela com 10 metros de comprimento com uma velocidade confortável e autosselecionada. As variáveis cinemáticas e cinéticas da marcha e as características clínicas dos grupos em cada condição foram comparadas nas seguintes análises: Grupo DP CM+ e DP CM- ambos na condição ON e grupo controle; Grupo DP CM+ e DP CM- ambos na condição OFF e grupo controle; Grupo (DP CM+ e DP CM-) e condição (ON e OFF). Modelos lineares de efeitos mistos foram ajustados, controlando para diferenças entre grupos encontradas nas características demográficas e escalas clínicas para comparação entre grupos com DP. Para comparação entre os grupos DP e o grupo controle foi utilizado a análise de variância (ANOVA). O nível de significância para todas as análises foi estabelecido em p < 0,05 e para análise de interações foi utilizado o post hoc de Bonferroni. As diferenças cinemáticas apresentadas entre os grupos CM+ e CM- foram principalmente em articulações distais, (maior flexão do joelho no contato inicial, maior flexão mínima do joelho no apoio terminal, menor pico de flexão-plantar do tornozelo na resposta a carga e maior dorsiflexão do tornozelo durante a fase de balanço em comparação ao grupo CM-). Com relação a condição medicamentosa, os grupos em estado ON apresentaram alterações na amplitude de movimento de articulações tanto distais quanto proximais (maior pico de flexão do joelho durante a fase de balanço, maior amplitude de rotação pélvica e maior amplitude de adu/adbução do quadril em comparação ao estado OFF). Não foram observadas diferenças na análise de interação Grupo*Condição, ou seja, a medicação antiparkinsoniana apresentou melhoras nos parâmetros cinemáticos e cinéticos da marcha de indivíduos com DP CM+ e CM- de forma igualitária. A análise entre os grupos DP e Controle resultaram em uma maior quantidade de diferenças de parâmetros cinemáticos do grupo CM+; e ambos os grupos DP, independente da condição medicamentosa, apresentaram menor aplicação de força durante o segundo pico da componente vertical da FRS quando comparados ao grupo Controle. Conclui-se com este estudo que o congelamento de marcha afeta principalmente articulações ditais dos membros inferiores e que a medicação antiparkinsoniana afeta a amplitude de movimento de articulações tanto distais quanto proximais na marcha de indivíduos com DP. Os efeitos da medicação nos parâmetros cinemáticos e cinéticos da marcha atuam de forma análoga entre os grupos com e sem CM. Em comparação a indivíduos saudáveis, o grupo CM+ apresenta maiores diferenças na marcha do que o grupo CM-; e de modo geral, indivíduos com DP apresentam menores aplicações de força durante o período de impulso.
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EDSON RODRIGUES
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Arquitetura para aquisição de sinais de Miografia de Impedância Elétrica
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Orientador : OLAVO LUPPI SILVA
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Data: 02/05/2022
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A miografia por impedância elétrica (MIE) é uma técnica de medição não invasiva capaz de determinar alterações fisiológicas e morfológicas do tecido muscular esquelético. O método consiste em injetar um pequeno fluxo de corrente elétrica alternada sobre a pele através de dois eletrodos equidistantes e medir a oposição do meio a essa corrente determinando a bioimpedância. A MIE tem contribuído para o estudo de doenças degenerativas como a esclerose lateral amiotrófica (ELA) que altera as características elétricas do músculo com a evolução da doença. O objetivo desse trabalho é desenvolver um instrumento de medição de impedância portátil e de baixo custo para auxiliar nas atividades relacionadas ao estudo e diagnóstico de doenças musculares. O equipamento, denominado Medidor de Impedância, utiliza a configuração tetrapolar, onde dois eletrodos injetam a corrente de excitação e outros dois medem a queda de tensão sobre a região de interesse. Para esse proposito, o Medidor de Impedância é composto por dois canais de medição analógica, um para determinar amplitude e fase da tensão e o outro da corrente. Com esses dados, a bioimpedância é determinada através da Lei de Ohm dividindo os valores de amplitude e fase demodulados da tensão pelos valores de amplitude e fase da corrente. O Medidor de Impedância está em fase de desenvolvimento e um protótipo foi construído. Cada canal de medição do equipamento construído utiliza um conversor analógico-digital (ADC) de 24 bits de resolução e frequência de amostragem de 625 kHz. Uma plataforma open source Arduino Due é utilizada para registrar as amostras discretizadas pelo ADC e efetuar o cálculo de demodulação necessário para determinar a amplitude e fase da onda senoidal medida. O microcontrolador efetua também o controle de periféricos utilizados para a Inteface Homem Máquina enviando os dados calculados para um display digital, bem como, para o microcomputador através da porta USB. Nessa fase do projeto os testes estão sendo efetuados em um fantoma com impedâncias conhecidas construído exclusivamente para o Medidor de Impedância. O fantoma foi construído através de associações em série entre resistores e capacitores comerciais para simular a bioimpedância real características de tecidos orgânicos. O equipamento ainda está em fase de desenvolvimento, entretanto, os testes em laboratório indicam que o Medidor de Impedância pode ser uma alternativa promissora e de baixo custo para o estudo e pesquisas relativas a miografia por impedância elétrica.
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A miografia por impedância elétrica (MIE) é uma técnica de medição não invasiva capaz de determinar alterações fisiológicas e morfológicas do tecido muscular esquelético. O método consiste em injetar um pequeno fluxo de corrente elétrica alternada sobre a pele através de dois eletrodos equidistantes e medir a oposição do meio a essa corrente determinando a bioimpedância. A MIE tem contribuído para o estudo de doenças degenerativas como a esclerose lateral amiotrófica (ELA) que altera as características elétricas do músculo com a evolução da doença. O objetivo desse trabalho é desenvolver um instrumento de medição de impedância portátil e de baixo custo para auxiliar nas atividades relacionadas ao estudo e diagnóstico de doenças musculares. O equipamento, denominado Medidor de Impedância, utiliza a configuração tetrapolar, onde dois eletrodos injetam a corrente de excitação e outros dois medem a queda de tensão sobre a região de interesse. Para esse proposito, o Medidor de Impedância é composto por dois canais de medição analógica, um para determinar amplitude e fase da tensão e o outro da corrente. Com esses dados, a bioimpedância é determinada através da Lei de Ohm dividindo os valores de amplitude e fase demodulados da tensão pelos valores de amplitude e fase da corrente. O Medidor de Impedância está em fase de desenvolvimento e um protótipo foi construído. Cada canal de medição do equipamento construído utiliza um conversor analógico-digital (ADC) de 24 bits de resolução e frequência de amostragem de 625 kHz. Uma plataforma open source Arduino Due é utilizada para registrar as amostras discretizadas pelo ADC e efetuar o cálculo de demodulação necessário para determinar a amplitude e fase da onda senoidal medida. O microcontrolador efetua também o controle de periféricos utilizados para a Inteface Homem Máquina enviando os dados calculados para um display digital, bem como, para o microcomputador através da porta USB. Nessa fase do projeto os testes estão sendo efetuados em um fantoma com impedâncias conhecidas construído exclusivamente para o Medidor de Impedância. O fantoma foi construído através de associações em série entre resistores e capacitores comerciais para simular a bioimpedância real características de tecidos orgânicos. O equipamento ainda está em fase de desenvolvimento, entretanto, os testes em laboratório indicam que o Medidor de Impedância pode ser uma alternativa promissora e de baixo custo para o estudo e pesquisas relativas a miografia por impedância elétrica.
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LARISSA MAYUMI YOKOI
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PROJETO DE SOLUÇÃO MHEALTH E DIRETRIZES CLÍNICAS PARA O ATENDIMENTO DE VÍTIMAS DE VIOLÊNCIA
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Orientador : PRISCYLA WALESKA TARGINO DE AZEVEDO SIMOES
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Data: 03/05/2022
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Segundo a Organização Mundial da Saúde a violência é um dos principais problemas de saúde pública no mundo, com destaque à violência contra as mulheres. Muitas vítimas procuram serviços de saúde sem revelar que estão sendo vítimas e os profissionais de saúde possuem um papel fundamental no diagnóstico, identificação dos fatores de risco e conduta. Nesse contexto, as soluções mHealth têm sido cada vez mais incorporadas por profissionais da saúde na prática clínica, assim, o presente estudo apresentou um projeto de solução mHealth para dispositivos móveis voltado a profissionais da saúde pela incorporação de diretrizes clínicas para o atendimento de vítimas de violência.
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Segundo a Organização Mundial da Saúde a violência é um dos principais problemas de saúde pública no mundo, com destaque à violência contra as mulheres. Muitas vítimas procuram serviços de saúde sem revelar que estão sendo vítimas e os profissionais de saúde possuem um papel fundamental no diagnóstico, identificação dos fatores de risco e conduta. Nesse contexto, as soluções mHealth têm sido cada vez mais incorporadas por profissionais da saúde na prática clínica, assim, o presente estudo apresentou um projeto de solução mHealth para dispositivos móveis voltado a profissionais da saúde pela incorporação de diretrizes clínicas para o atendimento de vítimas de violência.
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LEONARDO AMARAL AFONSECA
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Algoritmo para raspagem de dados públicos relacionados às informações de atividades físicas para criação de um banco de dados e suas análises
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Orientador : RENATO NAVILLE WATANABE
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Data: 06/05/2022
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Neste trabalho, relatamos a geração de um dataset público, contendo dados de múltiplos esportes praticados por corredores de longa distância. Através de técnicas de web scraping, extraímos informações relacionadas a 37 esportes dos meses de 2019 e 2020 da plataforma Strava. Foram extraídas 14.644.391 atividades de 37.595 atletas de todo o mundo. Neste primeiro momento focamos na análise dos dados de corrida, no contexto individual e em grupos, além de análises dos volumes de treinamentos semanais comparados aos tempos médios de conclusão da maratona. Avaliamos como o treinamento de corredores foi afetado pela pandemia COVID-19, restringindo o dataset a 10.703.690 atividades de corrida de 36.412 atletas. Em 2020, relativamente a 2019, houve uma diminuição de 7\% no volume de treinamento de corrida e de 7\% do número de corredores. Também observamos grandes variações destas variáveis ao longo de 2020, chegando a 35\% menos volume de corrida em setembro de 2020.
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Neste trabalho, relatamos a geração de um dataset público, contendo dados de múltiplos esportes praticados por corredores de longa distância. Através de técnicas de web scraping, extraímos informações relacionadas a 37 esportes dos meses de 2019 e 2020 da plataforma Strava. Foram extraídas 14.644.391 atividades de 37.595 atletas de todo o mundo. Neste primeiro momento focamos na análise dos dados de corrida, no contexto individual e em grupos, além de análises dos volumes de treinamentos semanais comparados aos tempos médios de conclusão da maratona. Avaliamos como o treinamento de corredores foi afetado pela pandemia COVID-19, restringindo o dataset a 10.703.690 atividades de corrida de 36.412 atletas. Em 2020, relativamente a 2019, houve uma diminuição de 7\% no volume de treinamento de corrida e de 7\% do número de corredores. Também observamos grandes variações destas variáveis ao longo de 2020, chegando a 35\% menos volume de corrida em setembro de 2020.
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CLAUDIO RICARDO HEHL FORJAZ
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EFEITOS MICROESTRUTURAIS DA DESCONTAMINAÇÃO POR RADIAÇÃO UV-C DE MÁSCARAS E PROTETORES FACIAIS
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Orientador : PATRICIA APARECIDA DA ANA
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Data: 08/08/2022
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A radiação UV-C tem sido amplamente empregada para descontaminação de ambientes e de dispositivos médico-hospitalares, ganhando destaque principalmente durante a pandemia do Covid-19. Embora seja bastante eficaz, pouco se sabe sobre os efeitos de múltiplas exposições sobre a microestrutura de diferentes materiais, o que pode interferir principalmente na durabilidade dos mesmos. Assim, este estudo objetivou avaliar os efeitos composicionais, de tensão superficial e morfológicos exercidos pela radiação UV-C em dispositivos de uso rotineiro durante a pandemia do Covid-19, tais como máscaras e protetores faciais, após diferentes exposições à radiação. Para tal, amostras de máscaras N95, protetores faciais e máscaras de nebulização foram preparadas e submetidas à descontaminação por radiação UV-C empregando dispositivo comercial, em diferentes exposições: 0 exposição (grupo controle), 1, 10, 30 e 90 exposições. As mudanças composicionais foram avaliadas por espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR); a molhabilidade foi avaliada por análise de tensão superficial e ângulo de contato, e as alterações morfológicas analisadas por microscopia eletrônica de varredura. A análise estatística foi efetuada empregando-se o teste de Kruskal-Wallis e Student-Newmann-Keuls, considerando o nivel de significância estatística de 5%. Foi possível evidenciar uma relação positiva entre o número de exposições e as alterações composicionais nas amostras, relacionadas principalmente ao conteúdo de plastificante dos protetores faciais e máscaras de nebulização. O número de exposições ocasionou mudanças na molhabilidade das máscaras N95, provavelmente em decorência as alterações morfológicas observadas. Desta forma, pode-se concluir que a radiação UV-C pode alterar as características microestruturais de máscaras e protetores faciais, em uma relação positiva com o aumento do tempo de exposição.
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A radiação UV-C tem sido amplamente empregada para descontaminação de ambientes e de dispositivos médico-hospitalares, ganhando destaque principalmente durante a pandemia do Covid-19. Embora seja bastante eficaz, pouco se sabe sobre os efeitos de múltiplas exposições sobre a microestrutura de diferentes materiais, o que pode interferir principalmente na durabilidade dos mesmos. Assim, este estudo objetivou avaliar os efeitos composicionais, de tensão superficial e morfológicos exercidos pela radiação UV-C em dispositivos de uso rotineiro durante a pandemia do Covid-19, tais como máscaras e protetores faciais, após diferentes exposições à radiação. Para tal, amostras de máscaras N95, protetores faciais e máscaras de nebulização foram preparadas e submetidas à descontaminação por radiação UV-C empregando dispositivo comercial, em diferentes exposições: 0 exposição (grupo controle), 1, 10, 30 e 90 exposições. As mudanças composicionais foram avaliadas por espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR); a molhabilidade foi avaliada por análise de tensão superficial e ângulo de contato, e as alterações morfológicas analisadas por microscopia eletrônica de varredura. A análise estatística foi efetuada empregando-se o teste de Kruskal-Wallis e Student-Newmann-Keuls, considerando o nivel de significância estatística de 5%. Foi possível evidenciar uma relação positiva entre o número de exposições e as alterações composicionais nas amostras, relacionadas principalmente ao conteúdo de plastificante dos protetores faciais e máscaras de nebulização. O número de exposições ocasionou mudanças na molhabilidade das máscaras N95, provavelmente em decorência as alterações morfológicas observadas. Desta forma, pode-se concluir que a radiação UV-C pode alterar as características microestruturais de máscaras e protetores faciais, em uma relação positiva com o aumento do tempo de exposição.
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FELLIPE SOARES DE OLIVEIRA
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Estratégia de Saúde Móvel voltada ao Monitoramento e Detecção de Quedas em Idosos
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Orientador : PRISCYLA WALESKA TARGINO DE AZEVEDO SIMOES
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Data: 19/08/2022
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O presente estudo desenvolvido durante a pandemia, apresenta uma estratégia de saúde móvel voltada à detecção de quedas em idosos. São objetivos específicos: Oferecer apoio a decisão por meio de alertas; apresentar uma avaliação de soluções mHealth voltadas à detecção de quedas; e prover detecção de quedas por meio de Machine Learning. Estudo descritivo de natureza tecnológica organizado nas seguintes etapas: avaliação de soluções mHealth; implementação do aplicativo e backend, banco de dados, dataset e algoritmo. Com relação à avaliação de aplicativos feita nas lojas Google Play e Apple Store, pode-se concluir que os aplicativos de detecção de quedas em idosos disponíveis para Android e IOS apresentaram boa qualidade. A estratégia de saúde móvel voltada à detecção de quedas em idosos foi viabilizada por meio de um módulo backend e um aplicativo que realiza a detecção de quedas por meio de modelo de Machine Learning desenvolvido a partir do algoritmo Random Forest e dados do sensor acelerômetro, e possibilita localizar o usuário pelo sensor GPS, ambos oriundos do smartphone do usuário. Ainda, foi disponibilizado apoio à decisão a partir de alertas para os contatos de emergência pré-cadastrados (contato telefônico, e-mail e SMS). Nos testes realizados para simular a queda (n=100), verificou-se acurácia de 96,0% (IC95% 92,2% – 99,8%).
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O presente estudo desenvolvido durante a pandemia, apresenta uma estratégia de saúde móvel voltada à detecção de quedas em idosos. São objetivos específicos: Oferecer apoio a decisão por meio de alertas; apresentar uma avaliação de soluções mHealth voltadas à detecção de quedas; e prover detecção de quedas por meio de Machine Learning. Estudo descritivo de natureza tecnológica organizado nas seguintes etapas: avaliação de soluções mHealth; implementação do aplicativo e backend, banco de dados, dataset e algoritmo. Com relação à avaliação de aplicativos feita nas lojas Google Play e Apple Store, pode-se concluir que os aplicativos de detecção de quedas em idosos disponíveis para Android e IOS apresentaram boa qualidade. A estratégia de saúde móvel voltada à detecção de quedas em idosos foi viabilizada por meio de um módulo backend e um aplicativo que realiza a detecção de quedas por meio de modelo de Machine Learning desenvolvido a partir do algoritmo Random Forest e dados do sensor acelerômetro, e possibilita localizar o usuário pelo sensor GPS, ambos oriundos do smartphone do usuário. Ainda, foi disponibilizado apoio à decisão a partir de alertas para os contatos de emergência pré-cadastrados (contato telefônico, e-mail e SMS). Nos testes realizados para simular a queda (n=100), verificou-se acurácia de 96,0% (IC95% 92,2% – 99,8%).
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GIOVANNA LEPORE
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CINÉTICA DE FOTOCLAREAMENTO DO AZUL DE METILENO EM SISTEMAS QUE MIMETIZAM TECIDOS BIOLÓGICOS PARA APLICAÇÕES EM TERAPIA FOTODINÂMICA
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Orientador : PATRICIA APARECIDA DA ANA
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Data: 06/09/2022
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A Terapia Fotodinâmica é baseada na ativação de um fotossensibilizador pela luz na presença de oxigênio, gerando espécies reativas de oxigênio que causam destruição celular. Uma das limitações da Terapia Fotodinâmica é a perda de capacidade para absorver luz (fotoclareamento), gerar espécies reativas, e assim, reduzir a eficiência do tratamento.
Neste trabalho foram estudadas as cinéticas de fotoclareamento do azul de metileno, num meio que simula o tecido biológico (0,1mg/ml de colágeno hidrolisado em água milli-Q. As amostras foram irradiadas na presença de azul de metileno (50 μM, 62.5 μM, 75 μM, e100 μM) e medida a transmissão de um feixe de laser (Potência inicial (P0) = 7mW e comprimento de onda (λ) = 635nm) através das amostras e se calcularam as taxas cinéticas de fotoclareamento (K). Além disso vídeos de cada amostra foram gravados simutaneamente durante o processo de fotoclareamento e o fluxo óptico foi demonstrada através da linguagem de programação Python.
Observou-se que as taxas cinéticas fotoclareamento do azul de metileno foram decrescentes, conforme a concentração de azul de metileno cresce. Deste modo verificou-se que o microambiente em que o azul de metileno está localizado influencia no seu fotoclareamento.
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A Terapia Fotodinâmica é baseada na ativação de um fotossensibilizador pela luz na presença de oxigênio, gerando espécies reativas de oxigênio que causam destruição celular. Uma das limitações da Terapia Fotodinâmica é a perda de capacidade para absorver luz (fotoclareamento), gerar espécies reativas, e assim, reduzir a eficiência do tratamento.
Neste trabalho foram estudadas as cinéticas de fotoclareamento do azul de metileno, num meio que simula o tecido biológico (0,1mg/ml de colágeno hidrolisado em água milli-Q. As amostras foram irradiadas na presença de azul de metileno (50 μM, 62.5 μM, 75 μM, e100 μM) e medida a transmissão de um feixe de laser (Potência inicial (P0) = 7mW e comprimento de onda (λ) = 635nm) através das amostras e se calcularam as taxas cinéticas de fotoclareamento (K). Além disso vídeos de cada amostra foram gravados simutaneamente durante o processo de fotoclareamento e o fluxo óptico foi demonstrada através da linguagem de programação Python.
Observou-se que as taxas cinéticas fotoclareamento do azul de metileno foram decrescentes, conforme a concentração de azul de metileno cresce. Deste modo verificou-se que o microambiente em que o azul de metileno está localizado influencia no seu fotoclareamento.
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TALITA SANTOS PINHEIRO
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MACHINE LEARNING E REGRESSÃO MULTIVARIADA APLICADOS À PREDIÇÃO DA SOBREVIDA DO CÂNCER DE MAMA
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Orientador : PRISCYLA WALESKA TARGINO DE AZEVEDO SIMOES
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Data: 13/12/2022
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O presente estudo iniciado durante a pandemia global do COVID-19 apresenta os resultados da comparação dos modelos desenvolvidos a partir dos algoritmos Random Survival Forest (que considera dados censurados de sobrevida no algoritmo Random Forest) e regressão multivariada de Cox (baseado na estatística multivariada de sobrevida) voltados à análise de sobrevida de pacientes diagnosticadas com câncer de mama. O estudo considerou uma amostra que continha dados de 4024 pacientes do sexo feminino diagnosticadas no período de 2006 a 2010 com câncer de mama (carcinoma ductal invasivo e carcinoma lobular). O modelo desenvolvido a partir da regressão multivariada de Cox revelou a idade, tamanho do tumor, estadiamento, estrogênio e progesterona como fatores de risco, que também foram considerados relevantes entre os atributos com maior ganho de informação pelo modelo apresentado pelo algoritmo Random Survival Forest. No geral, as medidas de avaliação dos modelos foram semelhantes. Temos evidências de que o modelo apresentado pelo algoritmo Random Survival Forest considerado na análise de sobrevida de câncer de mama apresentou-se em concordância com o modelo desenvolvido a partir regressão multivariada de Cox; e que os resultados são promissores para a prática clínica.
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O presente estudo iniciado durante a pandemia global do COVID-19 apresenta os resultados da comparação dos modelos desenvolvidos a partir dos algoritmos Random Survival Forest (que considera dados censurados de sobrevida no algoritmo Random Forest) e regressão multivariada de Cox (baseado na estatística multivariada de sobrevida) voltados à análise de sobrevida de pacientes diagnosticadas com câncer de mama. O estudo considerou uma amostra que continha dados de 4024 pacientes do sexo feminino diagnosticadas no período de 2006 a 2010 com câncer de mama (carcinoma ductal invasivo e carcinoma lobular). O modelo desenvolvido a partir da regressão multivariada de Cox revelou a idade, tamanho do tumor, estadiamento, estrogênio e progesterona como fatores de risco, que também foram considerados relevantes entre os atributos com maior ganho de informação pelo modelo apresentado pelo algoritmo Random Survival Forest. No geral, as medidas de avaliação dos modelos foram semelhantes. Temos evidências de que o modelo apresentado pelo algoritmo Random Survival Forest considerado na análise de sobrevida de câncer de mama apresentou-se em concordância com o modelo desenvolvido a partir regressão multivariada de Cox; e que os resultados são promissores para a prática clínica.
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