Simulations of re-entrant waves and fibrillation in cardiac tissue using a new mathematical model

A fibrilação, atrial ou ventricular, é caracterizada por uma desorganização da atividade elétrica do músculo. O coração, que normalmente contrai-se globalmente, em uníssono e uniforme, durante a fibrilação contrai-se localmente em várias regiões, de modo descoordenado. Para estudar qualitativamente este fenômeno, é aqui proposto um novo modelo matemático, mais simples do que os demais existentes e que, principalmente, admite uma representação singela na forma de circuito elétrico equivalente. O modelo foi desenvolvido empiricamente, após estudo crítico dos modelos conhecidos, e após uma série de sucessivas tentativas, ajustes e correções. O modelo mostra-se eficaz na simulação dos fenômenos, que se traduzem em padrões espaciais e temporais das ondas de excitação normais e patológicas, propagando-se em uma grade de pontos que representa o tecido muscular. O trabalho aqui desenvolvido é a parte básica e essencial de um projeto em andamento no Departamento de Engenharia Elétrica da EESC-USP, que é a elaboração de uma rede elétrica ativa, tal que possa ser estudada utilizando recursos computacionais de simuladores usualmente aplicados em projetos de circuitos integradosAtrial and ventricular fibrillation are characterized by a disorganized electrical activity of the cardiac muscle. While normal heart contracts uniformly as a whole, during fibrillation several small regions of the muscle contracts locally and uncoordinatedly. The present work introduces a new mathematical model for the qualitative study of fibrillation. The proposed model is simpler than other known models and, more importantly, it leads to a very simple electrical equivalent circuit of the excitable cell membrane. The final form of the model equations was established after a long process of trial runs and modifications. Simulation results using the new model are in accordance with those obtained using other (more complex) models found in the related literature. As usual, simulations are performed on a two-dimensional grid of points (representing a piece of heart tissue) where normal or pathological spatial and temporal wave patterns are produced. As a future work, the proposed model will be used as the building block of a large active electrical network representing the muscle tissue, in an integrated circuit simulato

Quantitative analysis of the swallowing signal

Neste trabalho, buscou-se compreender a morfologia e os componentes do sinal da deglutição. Na busca desse entendimento diversas técnicas foram empregadas. No intuito de fazer marcações fidedignas em trechos específicos do sinal, o qual foi analisado simultaneamente com a imagem da videofluoroscopia da deglutição, considerado o melhor método atual na avaliação da dinâmica da deglutição. Os parâmetros numéricos utilizados para análise também foram abrangentes e com base em técnicas atuais de processamento de sinais, como emprego de transformada Wavelet. Quanto à classificação dos sinais, foram utilizados classificadores modernos como floresta de caminhos ótimos, máquinas de vetores de suporte, redes neurais artificiais e classificador Bayesiano, dando maior ênfase ao primeiro, por possuir um custo computacional bem menor quando comparado aos outros 3, e consequentemente convergindo mais rapidamente ao resultado. Foram avaliados 84 sinais, divididos em 2 grupos separados pela consistência do bolo alimentar oferecido (líquido e pastoso). Na distinção e/ou caracterização desses tipos foi definido um subconjunto com 4 variáveis que proporcionou uma boa acurácia na separação das classes representantes de cada tipo de bolo alimentar.This work proposes to understand the morphology and the components of the swallowing signal. In pursuit of this understanding, a variety of techniques were employed. In order to make reliable markings on specific portions of the signal, the signal was examined simultaneously with videofluoroscopic swallowing, which is considered the best method in the evaluation of swallowing dynamics. The parameters used for numerical analysis were based on current signal processing techniques, such as: Wavelet transform, Optimum path forest, Support vector machines, Artificial neural networks and Bayesian classifier, emphasizing the first technique, due to a much lower computational cost when compared to the previous, and, consequently, the results converged much faster. Eighty four signals, divided into 2 groups separated by the consistency of food bolus offered (liquid and thickened), were evaluated. For distinction and/or characterization of such types, a subset with 4 variables was defined, providing a good accuracy in the separation of these classes representing each type of consistency of the food bolus

Adaptação para a língua Portuguesa e aplicação de protocolo de avaliação das disartrias de origem central em pacientes com Doença de Parkinson Adjustment to the Portuguese and application to patients with Parkinson's disease of protocol within central origin dysarthrias' assessment

OBJETIVO: traduzir e adaptar protocolo desenvolvido por pesquisadores alemães, adequando-o às características fonéticas e linguísticas do português falado no Brasil. Caracterizar os componentes de fala mais alterados na população com doença de Parkinson, comparando-os com grupo de sujeitos normais na mesma faixa etária. MÉTODOS: realizou-se a tradução e adaptação do protocolo. Posteriormente foram avaliados 21 pacientes com diagnóstico neurológico de Doença de Parkinson nos estágios Hoehn &Yarh, entre 2 e 3, e 10 sujeitos normais. O protocolo incluía avaliação da respiração, fonação, ressonância, articulação, prosódia e a análise acústica dos parâmetros vocais. RESULTADOS: o protocolo mostrou-se de fácil aplicação clínica. Nos sujeitos com doença de Parkinson foram observadas alterações predominantes na fonação (85,9%) e articulação (42,9%). CONCLUSÃO: o estudo demonstrou ser o protocolo uma ferramenta eficiente para a avaliação da disartria em pacientes com doença de Parkinson.<br>PURPOSE: to translate and adapt the protocol developed by German researchers, adjusting it to the phonetic and linguistic characteristics of Brazilian Portuguese. Observe the amended speech components in a group of patients with Parkinson's disease, and comparing them with normal subjects in the same age. METHOD: twenty one patients with neurological diagnosis of Parkinson's disease in the Hoehn & Yarh stages (2-3), and 10 control subjects were assessed. The protocol was translated, adjusted and applied to the subjects of both control and Parkinson's disease group, assessing the breathing, phonation, resonance, articulation, prosody and acoustic analysis. RESULTS: in the dysarthria evaluation, the protocol showed to be simple and it presented a fast clinical application. In the subjects with Parkinson's disease, we observed alterations in both phonation (85.9%) and articulation (42.9%). CONCLUSION: the study demonstrated that the protocol is an efficient tool for dysarthria assessment in patients with Parkinson's disease

Protocolo para controle de eficácia terapêutica em disfagia orofaríngea neurogênica (PROCEDON) Efficacy control protocol in oropharyngeal dysphagia

OBJETIVO: apresentar uma proposta para o controle de eficácia terapêutica em disfagia orofaríngea neurogênica. MÉTODOS: o protocolo foi proposto em concordância com a literatura atual e aplicado em um indivíduo pós-acidente vascular encefálico (AVE) isquêmico à direita, comprovado por tomografia computadorizada, com disfagia orofaríngea grave crônica, gênero masculino, 66 anos, apresentando aspiração laringotraqueal e em uso de sonda nasoentérica exclusiva pré-fonoterapia. Para controle da eficácia terapêutica do programa de reabilitação fonoaudiológica foi aplicado, pré e pós-fonoterapia, a classificação do grau de comprometimento da disfagia orofaríngea, Functional Oral Intake Scale (FOIS), a avaliação videofluoroscópica da deglutição com medida do tempo de trânsito faríngeo (TTF) da deglutição por meio de software e da percepção do indivíduo. RESULTADOS: na pré-fonoterapia verificou-se disfagia orofaríngea grave, FOIS nível 1, presença de aspiração laringotraqueal para mais de uma consistência e tempo de trânsito faríngeo de 13 segundos. Após fonoterapia verificou-se disfagia orofaríngea moderada, FOIS nível 5, ausência de aspiração laringotraqueal e TTF de 4 segundos. CONCLUSÃO: o protocolo proposto foi capaz de avaliar a eficácia da reabilitação na disfagia orofaríngea neurogênica neste indivíduo pós-acidente vascular encefálico, tanto para mensurar as mudanças ocorridas na fisiopatologia da deglutição quanto na ingestão oral e na percepção do indivíduo. Outros estudos com populações distintas são necessários, sendo que novas propostas devem ainda refletir a inclusão da condição nutricional e pulmonar do indivíduo no controle de eficácia em disfagia orofaríngea.<br>PURPOSE: to submit a proposal for efficacy control in neurogenic oropharyngeal dysphagia. METHODS: the protocol was proposed in accordance with other researches and applied in one post-stroke individual, with right-hemispheric lesion confirmed by computed tomography, with oropharyngeal dysphagia, male gender, 66-year old, with laringotraqueal aspiration and using nasogastric feeding tube before swallowing therapy. In order to control the therapy effectiveness in pre- and post-swallowing therapy, the following procedures were applied: classification of severity degree for oropharyngeal dysphagia, functional oral intake scale (FOIS), videofluoroscopic evaluation of swallowing with additional swallowing pharyngeal transit time evaluation using a specific software and individual perception. RESULTS: before swallowing therapy, severe oropharyngeal dysphagia, FOIS level 1, presence of laryngotracheal aspiration, and 13 seconds of pharyngeal transit time were found. After swallowing therapy, moderate oropharyngeal dysphagia, FOIS level 5, absence of laryngotracheal aspiration, and 4 seconds of pharyngeal transit time were found. CONCLUSION: the proposed protocol could measure changes, both for pathophysiology of swallowing as well as for oral ingestion of the individual. We believe that it is still necessary to include nutritional and lung status of the individual in efficacy control of oropharyngeal dysphagia

Adaptação para a língua Portuguesa e aplicação de protocolo de avaliação das disartrias de origem central em pacientes com Doença de Parkinson

OBJETIVO: traduzir e adaptar protocolo desenvolvido por pesquisadores alemães, adequando-o às características fonéticas e linguísticas do português falado no Brasil. Caracterizar os componentes de fala mais alterados na população com doença de Parkinson, comparando-os com grupo de sujeitos normais na mesma faixa etária. MÉTODOS: realizou-se a tradução e adaptação do protocolo. Posteriormente foram avaliados 21 pacientes com diagnóstico neurológico de Doença de Parkinson nos estágios Hoehn &Yarh, entre 2 e 3, e 10 sujeitos normais. O protocolo incluía avaliação da respiração, fonação, ressonância, articulação, prosódia e a análise acústica dos parâmetros vocais. RESULTADOS: o protocolo mostrou-se de fácil aplicação clínica. Nos sujeitos com doença de Parkinson foram observadas alterações predominantes na fonação (85,9%) e articulação (42,9%). CONCLUSÃO: o estudo demonstrou ser o protocolo uma ferramenta eficiente para a avaliação da disartria em pacientes com doença de Parkinson.PURPOSE: to translate and adapt the protocol developed by German researchers, adjusting it to the phonetic and linguistic characteristics of Brazilian Portuguese. Observe the amended speech components in a group of patients with Parkinson's disease, and comparing them with normal subjects in the same age. METHOD: twenty one patients with neurological diagnosis of Parkinson's disease in the Hoehn & Yarh stages (2-3), and 10 control subjects were assessed. The protocol was translated, adjusted and applied to the subjects of both control and Parkinson's disease group, assessing the breathing, phonation, resonance, articulation, prosody and acoustic analysis. RESULTS: in the dysarthria evaluation, the protocol showed to be simple and it presented a fast clinical application. In the subjects with Parkinson's disease, we observed alterations in both phonation (85.9%) and articulation (42.9%). CONCLUSION: the study demonstrated that the protocol is an efficient tool for dysarthria assessment in patients with Parkinson's disease

The influence of sour taste and cold temperature in pharyngeal transit duration in patients with stroke

CONTEXTO: O efeito do sabor azedo e as variações da temperatura dos alimentos em indivíduos disfágicos, ainda não foi totalmente esclarecidos. OBJETIVO: Verificar o efeito do sabor azedo e da temperatura fria no tempo de trânsito faríngeo da deglutição em indivíduos após acidente vascular encefálico hemisférico isquêmico. MÉTODOS: Participaram deste estudo 30 indivíduos adultos, sendo 16 do gênero masculino e 14 do feminino, destros, com faixa etária variando de 41 a 88 anos (média de 62,3 anos) e ictus que variou de 1 a 30 dias (mediana de 6 dias). Para analisar o tempo de trânsito faríngeo da deglutição foi realizado o exame de videofluoroscopia da deglutição. Cada indivíduo foi observado durante a deglutição de bolo na consistência pastosa, oferecido em colher, com 5 mL cada, sendo ao todo quatro estímulos diferentes, um por vez. Posteriormente os exames foram analisados com auxílio de um software específico para medição do tempo de deslocamento do bolo pela fase faríngea. RESULTADOS: Os resultados mostraram que o tempo de trânsito faríngeo da deglutição foi significantemente menor durante a deglutição de bolo azedo gelado quando comparado aos outros estímulos. CONCLUSÃO: Constatou-se que estímulos com sabor azedo associado à temperatura fria provocam significativa mudança na dinâmica da deglutição, diminuindo o tempo de trânsito faríngeo, podendo assim proporcionar efeitos positivos em indivíduos com disfagia orofaríngea.CONTEXT: The effect of sour taste and food temperature variations in dysphagic patients has not been entirely clarified. OBJECTIVE: To determine the effect of sour and cold food in the pharyngeal transit times of patients with stroke. METHODS: Patients participating in this study were 30 right-handed adults, 16 of which were male and 14 were female, aged 41 to 88 (average age 62.3 years) with ictus varying from 1 to 30 days (median of 6 days). To analyze the pharyngeal transit time a videofluoroscopy swallow test was performed. Each patient was observed during swallow of a 5 mL paste bolus given by spoon, totaling four different stimuli (natural, cold, sour and cold sour), one at a time, room temperature (22ºC) and cold (8ºC) were used. Later, the tests were analyzed using specific software to measure bolus transit time during the pharyngeal phase. RESULTS: The results showed that the pharyngeal transit time was significantly shorter during swallow of cold sour bolus when compared with other stimuli. Conclusion - Sour taste stimuli associated to cold temperature cause significant change in swallowing patterns, by shortening the pharyngeal transit time, which may lead to positive effects in patients with oropharyngeal dysphagia.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Components of the acoustic swallowing signal: Preliminary study

Purpose: To analyze the components of the acoustic signal of swallowing using a specific software. Methods: Fourteen healthy subjects ranging in age from 20 to 50 years (mean age 31±10 years), were evaluated. Data collection consisted on the simultaneous capture of the swallowing audio with a microphone and of the swallowing videofluoroscopic image. The bursts of the swallowing acoustic signal were identified and their duration and the interval between them were later analyzed using a specific software, which allowed the simultaneous analyses between the acoustic wave and the videofluoroscopic image. Results: Three burst components were identified in most of the swallows evaluated. The first burst presented mean time of 87.3 milliseconds (ms) for water and 78.2 for the substance. The second burst presented mean time of 112.9 ms for water and 85.5 for the pasty substance. The mean interval between first and second burst was 82.1 ms for water and 95.3 ms for the pasty consistency, and between second and third burst was 339.8 ms for water and 322.0 ms for the pasty consistency. Conclusion: The software allowed the visualization of three bursts during the swallowing of healthy individuals, and showed that the swallowing signal in normal subjects is highly variable

Oropharyngeal dysphagia identification using wavelets and optimum path forest

The swallowing disturbers are defined as oropharyngeal dysphagia when present specifies signals and symptoms that are characterized for alterations in any phases of swallowing. Early diagnosis is crucial for the prognosis of patients with dysphagia and the potential to diagnose dysphagia in a noninvasive manner by assessing the sounds of swallowing is a highly attractive option for the dysphagia clinician. This study proposes a new framework for oropharyngeal dysphagia identification, having two main contributions: a new set of features extract from swallowing signal by discrete wavelet transform and the dysphagia classification by a novel pattern classifier called OPF. We also employed the well known SVM algorithm in the dysphagia identification task, for comparison purposes. We performed the experiments in two sub-signals: the first was the moment of the maximal peak (MP) of the signal and the second is the swallowing apnea period (SAP). The OPF final accuracy obtained were 85.2% and 80.2% for the analyzed signals MP and SAP, respectively, outperforming the SVM results. ©2008 IEEE