Modelo fuzzy para estimar o número de internações por asma e pneumonia sob os efeitos da poluição do ar

OBJETIVO Prever o número de internações por asma e pneumonia associadas à exposição a poluentes do ar no município em São José dos Campos, estado de São Paulo. MÉTODOS Trata-se de um modelo computacional que utiliza a lógica fuzzy baseado na técnica de inferência de Mamdani. Para a fuzzificação das variáveis de entrada material particulado, ozônio, dióxido de enxofre e temperatura aparente foram consideradas duas funções de pertinência para cada variável com abordagem linguísticas: bom e ruim. Para a variável de saída número internações por asma e pneumonia, foram consideradas cinco funções de pertinências: muito baixo, baixo, médio, alto e muito alto. O número de internações no ano de 2007 foi obtido do Datasus e o resultado fornecido pelo modelo foi correlacionado com os dados reais de internação com defasagem (lag) de zero a dois dias. A acurácia do modelo foi estimada pela curva ROC para cada poluente e nestas defasagens. RESULTADOS No ano de 2007 foram registradas 1.710 internações por pneumonia e asma em São José dos Campos, SP, com média diária de 4,9 internações (dp = 2,9). Os dados de saída do modelo mostraram correlação positiva e significativa (r = 0,38) com os dados reais; as acurácias avaliadas para o modelo foram maiores para o dióxido de enxofre nos lag 0 e 2 e para o material particulado no lag 1. CONCLUSÕES Modelagem fuzzy se mostrou acurada para a abordagem de efeitos da exposição aos poluentes e internação por pneumonia e asma.OBJECTIVE Predict the number of hospitalizations for asthma and pneumonia associated with exposure to air pollutants in the city of São José dos Campos, São Paulo State. METHODS This is a computational model using fuzzy logic based on Mamdani’s inference method. For the fuzzification of the input variables of particulate matter, ozone, sulfur dioxide and apparent temperature, we considered two relevancy functions for each variable with the linguistic approach: good and bad. For the output variable number of hospitalizations for asthma and pneumonia, we considered five relevancy functions: very low, low, medium, high and very high. DATASUS was our source for the number of hospitalizations in the year 2007 and the result provided by the model was correlated with the actual data of hospitalization with lag from zero to two days. The accuracy of the model was estimated by the ROC curve for each pollutant and in those lags. RESULTS In the year of 2007, 1,710 hospitalizations by pneumonia and asthma were recorded in São José dos Campos, State of São Paulo, with a daily average of 4.9 hospitalizations (SD = 2.9). The model output data showed positive and significant correlation (r = 0.38) with the actual data; the accuracies evaluated for the model were higher for sulfur dioxide in lag 0 and 2 and for particulate matter in lag 1. CONCLUSIONS Fuzzy modeling proved accurate for the pollutant exposure effects and hospitalization for pneumonia and asthma approach

Modelos computacionais fuzzy e neuro-fuzzy para avaliarem os efeitos da poluição do ar

O presente estudo teve por objetivo verificar a associação entre a exposição aos poluentes do ar e o número de internações hospitalares por asma e pneumonia. Para a verificação foi proposto desenvolver e validar modelos fuzzy (Mamdani) e neuro-fuzzy (Sugeno) e comparar qual dos modelos apresenta uma melhor eficácia para a predição de internações. A metodologia utilizada foi dividida em três módulos: limpeza e elaboração de dados, elaboração do modelo fuzzy (Mamdani) e elaboração do modelo neuro-fuzzy (Sugeno). Foram coletados dados reais de internações do DATASUS, os quais foram utilizados como saída do modelo. Os dados de entradas foram os poluentes do ar material particulado (MP10), dióxido de enxofre (SO2), ozônio (O3) e a temperatura aparente (Tap). As saídas geradas pelos modelos foram comparadas e correlacionadas com os dados reais de internações através do Coeficiente de Correlação de Pearson. Para o estudo o nível de significância estatístico adotado foi α = 5%. A acurácia dos modelos foi realizada utilizando a Curva ROC. Neste estudo foi possível desenvolver e validar os modelos. O modelo neuro-fuzzy apresentou melhor correlação do que o modelo fuzzy; porém a acurácia foi melhor para o modelo fuzzyThis study aimed at investigating the association between exposure to air pollutants and the number of hospital admissions for asthma and pneumonia. For such verification it was proposed to develop and validate the Mamdani fuzzy and neuro-fuzzy (Sugeno) models and compare which of the two provides better efficacy in predicting hospitalization. The methodology was divided into three modules: data cleaning and preparation, elaboration of the fuzzy model (Mamdani) and elaboration of the neuro-fuzzy model (Sugeno). Data were collected from DATASUS actual admissions, which were used as the models output. The input data were air pollutants particulate matter (PM10), sulfur dioxide (SO2), ozone (O3) and the apparent temperature (Tap). The outputs generated by the models were compared and correlated with the actual data of admissions through the Pearson Correlation Coefficient. In this study the level of statistical significance adopted was α = 5%. The accuracy of the models was performed using the ROC curve. In this study it was possible to develop and validate the models. The neuro-fuzzy model showed better correlation than the fuzzy model, but the accuracy was better for the fuzzy mode

Estimando o desfecho no recém-nascido grave através da Lógica Fuzzy

O objetivo deste trabalho foi construir um modelo lingüístico utilizando as propriedades da lógica fuzzy com 4 variáveis de entrada: peso ao nascer, idade gestacional, Apgar, fração inspirada de oxigênio e de saída a variável risco de morte. Foi oferecido uma planilha com dados reais a 4 especialistas para que estes estimassem a possibilidade de óbito. Os valores fornecidos pelos especialistas foram correlacionados com os valores fornecidos pelo modelo; o estudo incluiu 100 recém nascidos e ocorreram 8 óbitos. A possibilidade média de óbito do modelo foi de 49,7% (dp=29,3%) e para alta a média foi de 24% (dp=17,5%). Estes valores são diferentes quando comparados pelo teste t Student (t=2,44) mostrando que são diferentes com significância estatística p< 0,001. A correlação entre os especialistas e o modelo proposto foi de 80% e a acurácia do modelo foi de 81,9%. Foi notado que o risco de morte neonatal diminui quando o peso ao nascer, a idade gestacional e o Apgar aumentam, e a fração de oxigênio diminui. Este modelo preditivo não invasivo e de baixo custo financeiro pode ser usado em berçários e UTIN, pois é facilmente utilizado.The aim of the present study was to construct a linguistic model using the properties of fuzzy logic with four input variables (birth weight, gestational age, Apgar and inspired oxygen fraction) and risk of death as the output variable. A spreadsheet with real data was given to four specialists to estimate the possibility of death. The values provided by the specialists were correlated to those provided by the model; the study included 100 and eight deaths occurred. The mean chance of death in the model was 49.7% (sd=29.3%) and the mean chance of discharge was 24% (sd=17.5%). When compared using the Student’s t-test (t=2.44), the difference between these values was statistically significant (p< 0.001). The correlation between the specialists and the proposed model was 80% and the accuracy of the model was 81.9%. The risk of neonatal death diminished with an increase in birth weight, gestational age and Apgar as well as a reduction in oxygen fraction. This non-invasive, low-cost predictive model is easy to use and may be used in nurseries and NICUs.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Estimating outcomes in newborn infants using fuzzy logic

OBJECTIVE: To build a linguistic model using the properties of fuzzy logic to estimate the risk of death of neonates admitted to a Neonatal Intensive Care Unit. METHODS: Computational model using fuzzy logic. The input variables of the model were birth weight, gestational age, 5th-minute Apgar score and inspired fraction of oxygen in newborn infants admitted to a Neonatal Intensive Care Unit of Taubaté, Southeast Brazil. The output variable was the risk of death, estimated as a percentage. Three membership functions related to birth weight, gestational age and 5th-minute Apgar score were built, as well as two functions related to the inspired fraction of oxygen; the risk presented five membership functions. The model was developed using the Mandani inference by means of Matlab(r) software. The model values were compared with those provided by experts and their performance was estimated by ROC curve. RESULTS: 100 newborns were included, and eight of them died. The model estimated an average possibility of death of 49.7±29.3%, and the possibility of hospital discharge was 24±17.5%. These values are different when compared by Student's t-test (p<0.001). The correlation test revealed r=0.80 and the performance of the model was 81.9%. CONCLUSIONS: This predictive, non-invasive and low cost model showed a good accuracy and can be applied in neonatal care, given the easiness of its use.OBJETIVO: Construir um modelo linguístico utilizando-se as propriedades da lógica fuzzy para estimar o risco de óbito de recém-nascidos internados em Unidade de Terapia Intensiva Neonatal (UTIN). MÉTODOS: Modelo computacional utilizando a lógica fuzzy. As variáveis de entrada do modelo foram peso ao nascer, idade gestacional, Apgar de 5º minuto e fração inspirada de oxigênio de recém-nascidos internados em uma UTIN privada de Taubaté, SP. A variável de saída foi risco de óbito, estimado em percentagem. Construíram-se três funções de pertinência para peso ao nascer, idade gestacional e Apgar de 5º minuto e duas para fração inspirada de oxigênio; o risco apresentou cinco funções de pertinência. No modelo, utilizou-se o método de inferência de Mandani pelo progama Matlab(r). Os valores do modelo foram comparados com os fornecidos por especialistas e seu desempenho foi estimado pela curva ROC. RESULTADOS: Incluíram-se 100 recém-nascidos e ocorreram oito óbitos. Para o óbito, a possibilidade média foi de 49,7±29,3% e, para a alta hospitalar, de 24±17,5%. Esses valores são diferentes quando comparados pelo teste t de Student (p<0,001). A correlação foi r=0,80 e o desempenho do modelo foi de 81,9%. CONCLUSÕES: Esse modelo preditivo, não invasivo e de baixo custo financeiro mostrou boa acurácia e pode ser usado em unidades neonatais, dada a facilidade de sua aplicação.OBJETIVO: Construir un modelo lingüístico utilizándose de las propiedades de la lógica fuzzy para estimar el riesgo de óbito de recién nacidos internados en Unidad de Terapia Intensiva Neonatal (UTIN). MÉTODOS: Modelo computacional que se utiliza de la lógica fuzzy. Las variables de entrada del modelo fueron peso al nacer, edad gestacional, Apgar de 5º minuto y fracción inspirada de oxígeno de recién nacidos internados en una UTIN privada de Taubaté, São Paulo (Brasil). La variable de salida fue riesgo de óbito, estimado en porcentaje. Se construyeron tres funciones de pertinencia para peso al nacer, edad gestacional y Apgar de 5º minuto y dos para fracción inspirada de oxígeno; el riesgo presentó cinco funciones de pertinencia. En el modelo se utilizó el método de inferencia de Mandani por el programa Matlab(r). Los valores del modelo fueron comparados con los suministrados por especialistas y su desempeño fue estimado por la curva ROC. RESULTADOS: Se incluyeron a 100 recién nacidos y ocurrieron ocho óbitos. Para el óbito, la posibilidad mediana fue de 49,7±29,3% y, para alta hospitalaria, de 24±17,5%. Esos valores son distintos cuando comparados por la prueba t de Student (p<0,001). La correlación fue r=0,80 y el desempeño del modelo fue de 81,9%. CONCLUSIONES: Ese modelo predictivo, no invasivo y de bajo costo financiero mostró buena precisión y se puede usarlo en unidades neonatales, dada su facilidad de aplicación.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Sugarcane Yield Estimation Using Satellite Remote Sensing Data in Empirical or Mechanistic Modeling: A Systematic Review

The sugarcane crop has great socioeconomic relevance because of its use in the production of sugar, bioelectricity, and ethanol. Mainly cultivated in tropical and subtropical countries, such as Brazil, India, and China, this crop presented a global harvested area of 17.4 million hectares (Mha) in 2021. Thus, decision making in this activity needs reliable information. Obtaining accurate sugarcane yield estimates is challenging, and in this sense, it is important to reduce uncertainties. Currently, it can be estimated by empirical or mechanistic approaches. However, the model’s peculiarities vary according to the availability of data and the spatial scale. Here, we present a systematic review to discuss state-of-the-art sugarcane yield estimation approaches using remote sensing and crop simulation models. We consulted 1398 papers, and we focused on 72 of them, published between January 2017 and June 2023 in the main scientific databases (e.g., AGORA-FAO, Google Scholar, Nature, MDPI, among others), using the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA) methodology. We observed how the models vary in space and time, presenting the potential, challenges, limitations, and outlooks for enhancing decision making in the sugarcane crop supply chain. We concluded that remote sensing data assimilation both in mechanistic and empirical models is promising and will be enhanced in the coming years, due to the increasing availability of free Earth observation data