RECONHECIMENTO DE PADRÕES BIOMÉDICOS UTILIZANDO MÁQUINAS DE APRENDIZADO PROFUNDO

The brain-computer interface is one of the emerging fields of human-computer interaction due to its broad spectrum of applications, especially those that deal with human cognition. In this work, electroencephalography (EEG) is used as base data for classifying the state of the eyes (open or closed) by applying Long Short Term Memory (LSTM) networks and variants. For benchmarking purposes, the EEG data set with the eye state record was used, available in the Machine Learning repository at UCI. The results obtained indicated that the model is applicable to the classification of the data and that its performance is good compared to the more expensive models computationally.A interface cérebro-computador é um dos campos emergentes da interação homem-computador devido ao seu amplo espectro de aplicações, especialmente as que lidam com a cognição humana. Neste trabalho, a eletroencefalografia (EEG) é usada como dado base para classificar o estado dos olhos (abertos ou fechados) aplicando redes Long Short Term Memory (LSTM) e variantes. Para fins de benchmarking, foi utilizado o conjunto de dados de EEG com registro do estado do olho, disponível no repositório de Aprendizado de Máquina da UCI. Os resultados obtidos indicaram que o modelo é aplicável para a classificação dos dados e que seu desempenho é bom comparado aos modelos mais caros computacionalmente

RECONHECIMENTO DE ESTADOS DOS OLHOS UTILIZANDO MÁQUINAS DE APRENDIZADO PROFUNDO A PARTIR DE ONDAS CEREBRAIS

The brain-computer interface is one of the emerging fields of human-computer interaction due to its broad spectrum of applications, especially those that deal with human cognition. In this work, electroencephalography (EEG) is used as base data for classifying the state of the eyes (open or closed) by applying Long Short-Term Memory (LSTM) networks and variants. For benchmarking purposes, the EEG data set with the eye state record was used, available in the Machine Learning repository at UCI. The results obtained indicated that the LSTM and GRU bidirectional cells models are applicable to the classification of the data, presenting an accuracy greater than 95%, and that its performance is good compared to the more expensive models computationally.A interface cérebro-computador é um dos campos emergentes da interação homem-computador devido ao seu amplo espectro de aplicações, especialmente as que lidam com a cognição humana. Neste trabalho, a eletroencefalografia (EEG) é usada como dado base para classificar o estado dos olhos (abertos ou fechados) aplicando redes Long Short-Term Memory (LSTM) e variantes. Para fins de benchmarking, foi utilizado o conjunto de dados de EEG com registro do estado do olho, disponível no repositório de Aprendizado de Máquina da UCI. Os resultados obtidos indicaram que os modelos bidirecionais das células LSTM e GRU são aplicáveis na classificação dos dados, apresentando acurácia superior a 95%, e que seu desempenho é bom comparado aos modelos mais caros computacionalmente

Estimação de estados com restrições para sistemas dinâmicos lineares e não-lineares

Exportado OPUSMade available in DSpace on 2019-08-12T21:09:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 bruno_otavio_soares_teixeira.pdf: 6173253 bytes, checksum: 2ada2c8d231236193a0f4fb79f391e48 (MD5) Previous issue date: 29Estimadores de estados têm sido aplicados a distintas áreas, tais como em engenharia aeroespacial, econometria e geofísica, para inferir variáveis não-observadas (estados e, eventualmente, parâmetros) de um sistema dinâmico a partir de duas fontes de informação incertas: as medições e um modelo matemático. Sob as premissas de modelo linear e ruído Gaussiano, o filtro de Kalman é a solução ótima recursiva mais conhecida para o problema de estimação de estados, ao passo que o filtro de Kalman estendido e, mais recentemente, o filtro de Kalman unscented são as soluções aproximadas mais comumente empregadas para o caso não-linear. Na prática, todavia, informação adicional sobre o sistema pode ser conhecida, e essa terceira fonte de informação pode ser útil para melhorar as estimativas de estado. Nesta tese, é considerado o cenário no qual a dinâmica e os distúrbios do sistema são tais que o vetor de estados satisfaz uma restrição de igualdade ou uma restrição de desigualdade, as quais são assumidamente conhecidas a priori. Estimação de estados com restrições tem recebido crescente atenção tanto no ambiente acadêmico quanto na indústria, especialmente, durante os últimos dez anos. No presente trabalho, além de se apresentar uma ampla revisão do atual estado da arte em estimação de estados com restrições, são desenvolvidos métodos de filtragem de Kalman para impor restrições de igualdade ou de desigualdade na estimativa de estado. Tratam-se ambos os casos de sistemas lineares e não-lineares. Para o último caso, propõem-se algoritmos baseados no filtro de Kalman unscented. Ademais, é apresentada uma metodologia geral para estimação de estados com uma restrição de igualdade no ganho do estimador, visando a, indiretamente, impor propriedades especiais na estimativa de estado. Exemplos simulados e experimentais são usados para ilustrar os algoritmos estudados e propostos ao longo desta tese.State estimators have been applied to disparate fields, such as in aerospace engineering, econometrics, and geophysics, to infer unobserved variables (states and, occasionally, parameters) of a dynamic system providing two uncertain sources of information, namely, the measurements and a mathematical model. Under linear model and Gaussian noise assumptions, the Kalman Filter is the well-known optimal recursive solution for the state-estimation problem, whereas the extended Kalman filter and, more recently, the unscented Kalman filter are the most commonly employed approximate solutions for the nonlinear case. In practice, however, additional information about the system may be available, and this third source of information may be useful for improving state estimates. A scenario we have in mind is the case in which the dynamics and the disturbances are such that the state vector of the system satisfies an assumed known equality or inequality constraint. Constrained state estimation has been receiving increasing attention in both academia and industry, especially in the last ten years. In addition to providing a wide overview of the current state of the art in constrained state estimation, the present work is concerned with the development of Kalman filtering methods for enforcing an equality constraint or inequality constraint on the state estimate. Both linear and nonlinear cases are considered. For the latter, algorithms based on the unscented Kalman filter are proposed. Furthermore, we also present a general framework for state estimation with an equality constraint on the estimator gain, aiming at indirectly enforcing special properties on the state estimate. Simulated and experimental examples are used to illustrate the applications of the algorithms studied and presented along this thesis

Índice cronotrópico-metabólico na doença de Chagas

A insuficiência cronotrópica constitui achado comum entre os pacientes chagásicos. Novas metodologias estão sendo empregadas na avaliação da resposta cronotrópica em vários grupos de pacientes. O índice cronotrópico-metabólico, um desses novos métodos, quantifica a relação entre o aumento da freqüência cardíaca e o consumo máximo de oxigênio (VO2 max) durante o teste ergométrico. A resposta normal é linear, com índice em torno de 1,0. Objetivamos avaliar a resposta cronotrópica e em indivíduos saudáveis e pacientes chagásicos com e sem disfunção ventricular esquerda, utilizando-se do índice cronotrópico-metabólico. Foram avaliados 171 pacientes com doença de Chagas sem doenças associadas e 24 controles submetidos a protocolo clínico e ao teste ergométrico máximo. Os chagásicos foram divididos em dois grupos: Ch1= pacientes com fração de ejeção (FE) > 39% e Ch 2= FE<40%. A análise e o cálculo do índice cronotrópico-metabólico foram feitos pelo método de Wilkoff. Os pacientes chagásicos apresentaram maior idade e maior prevalência de bloqueio completo de ramo direito, assim como menor VO2 max ao teste ergométrico. Ambos os grupos de chagásicos apresentaram menor inclinação do índice cronotrópico-metabólico (Ch1: 0,91±0,10, Ch2: 0,89±0,08) do que os controles (1,0±0,12, p< 0,001). Pacientes com doença de Chagas com e sem disfunção ventricular esquerda podem apresentar resposta cronotrópica deprimida, manifesta por menor inclinação do índice cronotrópico-metabólico

Range of motion predictability after total knee arthroplasty with medial pivot prosthesis

ABSTRACT OBJECTIVE: To assess whether there the final range of motion (ROM) results achieved by patients undergoing total knee arthroplasty (TKA) with prosthesis using Medial Pivot design are predictable. METHODS: Between January and August of 2014, 155 patients with primary osteoarthritis of knee who underwent TKA using the prosthesis ADVANCE(r) Medial Pivot were prospectively assessed. All ROM measures were made and recorded before, during, and after surgery. All patients were clinically assessed preoperatively and postoperatively (15, 45 days, three months, six months, one year, and annually thereafter after surgery); their functional status was assessed using the WOMAC questionnaire. RESULTS: Significant differences (p < 0.001) were observed between the means and medians of ROM in the preoperative when compared with those during the perioperative; the perioperative values, when compared with those after six months postoperative, were also different (p < 0.001). No significant differences were found between the means and medians ROM between the intraoperative period and at the 45-day assessment (ns) and between the means and medians ROM between the preoperative period and at the six-month evaluation (ns) . CONCLUSION: The final ROM achieved by patients that underwent TKA with medial pivot prosthesis can be predicted. The perioperative ROM correlates with that at 45 days after surgery. The final ROM is correlated with that of the pre-operative period

Previsibilidade da amplitude de movimento após artroplastia total do joelho com prótese medial pivot

ResumoObjetivoAvaliar se há previsibilidade da amplitude de movimentos alcançada por pacientes submetidos a artroplastia total do joelho com prótese que usa desenho medial pivot.MétodosEntre janeiro e agosto de 2014 foi feita avaliação prospectiva de 155 pacientes com osteoartrose primária do joelho submetidos a artroplastia total do joelho com o uso da prótese Advance® Medial Pivot. Todas as medidas da amplitude de movimentos foram feitas antes, durante e após a cirurgia. Todos os pacientes foram avaliados clinicamente no pré‐ e pós‐operatório (15, 45 dias, três meses, seis meses, um ano e depois anualmente após a cirurgia) para a análise de seu estado funcional. O questionário Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index (Womac) foi usado.ResultadosDiferenças significativas (p<0,001) foram relatadas entre as médias e medianas da amplitude de movimentos no pré‐operatório em comparação com as medidas obtidas no período intraoperatório. As medidas do pré‐operatório também se mostraram diferentes quando comparadas com aquelas após seis meses de pós‐operatório (p<0,001). Não foram encontradas diferenças significativas entre as médias e medianas da amplitude de movimento na comparação do intraoperatório e as medidas feitas aos 45 dias (ns) e entre as médias e medianas das medidas pré‐operatórias e aquelas observadas aos seis meses (ns).ConclusãoHá previsibilidade da amplitude de movimentos obtida por pacientes submetidos a artroplastia total do joelho com prótese medial pivot. A amplitude aos 45 dias é semelhante àquela observada nas medidas intraoperatórias. A amplitude final está relacionada à amplitude pré‐operatória.AbstractObjectiveTo assess whether there the final range of motion (ROM) results achieved by patients undergoing total knee arthroplasty (TKA) with prosthesis using Medial Pivot design are predictable.MethodsBetween January and August of 2014, 155 patients with primary osteoarthritis of knee who underwent TKA using the prosthesis ADVANCE® Medial Pivot were prospectively assessed. All ROM measures were made and recorded before, during, and after surgery. All patients were clinically assessed preoperatively and postoperatively (15, 45 days, three months, six months, one year, and annually thereafter after surgery); their functional status was assessed using the WOMAC questionnaire.ResultsSignificant differences (p<0.001) were observed between the means and medians of ROM in the preoperative when compared with those during the perioperative; the perioperative values, when compared with those after six months postoperative, were also different (p<0.001). No significant differences were found between the means and medians ROM between the intraoperative period and at the 45‐day assessment (ns) and between the means and medians ROM between the preoperative period and at the six‐month evaluation (ns).ConclusionThe final ROM achieved by patients that underwent TKA with medial pivot prosthesis can be predicted. The perioperative ROM correlates with that at 45 days after surgery. The final ROM is correlated with that of the pre‐operative period