131 |
Cinética de la saturación en células fotovoltaicas de silicio amorfo y posterior mejora en los procesos de estabilización inicial debido a la exposición a la radiación solarMateo Guerrero, Carlos 04 September 2017 (has links)
We live in a highly dependent energy consumption world. This situation is expected to be unsustainable in the upcoming decades unless we change the energy model on which our society has been built. Recently and thanks to the great progress that technologies based on renewable energies (RE) are achieving, we have this possibility within our reach. Photovoltaic solar energy has proved to be one of the most mature and future-oriented natural resources, is clean, unlimited and has a great potential for use and possible applications.
There are several types of photovoltaic technologies in the market today, including amorphous silicon (a-Si:H), less efficient than conventional polycrystalline silicon cells, but with very interesting characteristics, such as the low amount of silicon needed for their manufacturing and less energy expenditure for its elaboration, which results in a lower price and lower environmental impact, also its optical properties make it very interesting for certain types of applications such as building integrations. Due to the low implementation of amorphous silicon solar panels in the market, there are some deficiencies in knowing their behavior in facilities exposed to real outdoors conditions.
The present thesis performs a study of the cycle of operation of two photovoltaic arrays of a-Si:H. The study is developed in two stages, in the first; we study the phenomenon of light-induced stabilization (LID) due to the Staebler-Wronski effect (SWE) and it is compared with existing literature, proposing a new model to describe this effect. In the second stage, the study of the photovoltaic plants is continued from the point of its stabilization, with the interest of characterizing the seasonal cyclic effect in the efficiency, produced by thermal variations of annealing, the SWE and the aging of the photovoltaic cells.
This study has a particular interest as a tool for researchers, engineers and photovoltaic system designers, to better understand and quantify the effects of this technology under real operating conditions. / Vivimos en un mundo cada día más dependiente del consumo de energía. Esta situación se prevé insostenible en las próximas décadas a no ser que cambiemos el modelo energético sobre el que nuestra sociedad está construida. Recientemente y gracias a los grandes progresos que las tecnologías basadas en energías renovables (EERR) están demostrando, tenemos a nuestro alcance esta posibilidad. La energía solar fotovoltaica ha resultado ser uno de los recursos naturales más maduros y con mayor proyección de futuro, es limpia, inagotable y con gran potencial de uso y aplicaciones posibles.
Existen en el mercado actual varios tipos de tecnologías fotovoltaicas, entre ellas, la de silicio amorfo (a-Si:H), menos eficiente que las células convencionales de silicio policristalino pero con características muy interesantes, como la baja cantidad de silicio necesario para su fabricación y menor gasto energético para su elaboración, lo cual redunda en un menor precio y menor impacto ambiental, también sus propiedades ópticas la hacen muy interesante para cierto tipo de aplicaciones como la integración en edificios. Debido a la baja implementación de paneles solares de silicio amorfo en el mercado, existen ciertas carencias a la hora de conocer su comportamiento en instalaciones expuestas a condiciones ambientales de trabajo.
La presente Tesis, realiza un estudio del ciclo de funcionamiento de dos plantas fotovoltaicas de a-Si:H. El estudio se desarrolla en dos etapas, en la primera, se estudia el fenómeno de la estabilización inducida por la luz (LID) debido al efecto Staebler-Wronski (SWE) y se compara con la bibliografía existente, proponiendo un nuevo modelo para describir este efecto. En la segunda etapa, el estudio de las plantas fotovoltaicas es continuado a partir del punto de su estabilización, con el interés de caracterizar el efecto cíclico estacional en la eficiencia, producido por las variaciones térmicas de templado, el SWE y el envejecimiento de la célula fotovoltaica.
Este estudio es de particular interés como herramienta para investigadores, ingenieros y diseñadores de sistemas fotovoltaicos, para poder conocer mejor y cuantificar los efectos de esta tecnología bajo condiciones reales de funcionamiento. / Vivim en un món cada dia més depenent del consum d'energia. Aquesta situació es preveu insostenible en les pròximes dècades llevat que canviem el model energètic sobre el qual la nostra societat està construïda. Recentment i gràcies als grans progressos que les tecnologies basades en energies renovables (EERR) estan demostrant, tenim al nostre abast aquesta possibilitat. L'energia solar fotovoltaica ha resultat ser un dels recursos naturals més madurs i amb major projecció de futur, és neta, inesgotable i amb gran potencial d'ús i aplicacions possibles.
Existeixen al mercat actual diversos tipus de tecnologies fotovoltaiques, entre elles, la del silici amorf (a-Si:H), menys eficient que les cèl¿lules convencionals de silici policristal¿lí però amb característiques molt interessants, com la baixa quantitat de silici necessari per a la seua fabricació i menor despesa energètica per a la seua elaboració, la qual cosa redunda en un menor preu i menor impacte ambiental, també les seues propietats òptiques la fan molt interessant per a cert tipus d'aplicacions com la integració en edificis. A causa de la baixa implementació de panells solars de silici amorf al mercat, existeixen certes manques a l'hora de conèixer el seu comportament en instal¿lacions exposades a condicions ambientals de treball.
La present Tesi, realitza un estudi del cicle de funcionament de dues plantes fotovoltaiques de a-Si:H. L'estudi es desenvolupa en dues etapes, en la primera, s'estudia el fenomen de l'estabilització induïda per la llum (LID) a causa de l'efecte Staebler-Wronski (SWE) i es compara amb la bibliografia existent, proposant un nou model per a descriure aquest efecte. En la segona etapa, l'estudi de les plantes fotovoltaiques és continuat a partir del punt de la seua estabilització, amb l'interès de caracteritzar l'efecte cíclic estacional en l'eficiència, produït per les variacions tèrmiques de temperat, el SWE i l'envelliment de la cèl¿lula fotovoltaica.
Aquest estudi és de particular interès com a eina per a investigadors, enginyers i dissenyadors de sistemes fotovoltaics, per a poder conèixer millor i quantificar els efectes d'aquesta tecnologia sota condicions reals de funcionament. / Mateo Guerrero, C. (2017). Cinética de la saturación en células fotovoltaicas de silicio amorfo y posterior mejora en los procesos de estabilización inicial debido a la exposición a la radiación solar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86284
|
132 |
Mapping of the electrical activity of human atria. Multiscale modelling and simulationsMartínez Mateu, Laura 25 June 2018 (has links)
La fibrilación auricular es una de las arritmias cardíacas más comunes observadas en la práctica clínica. Por lo tanto, es de vital importancia desarrollar nuevas tecnologías destinadas a diagnosticar y acabar con este tipo de arritmia, para mejorar la calidad de vida de los pacientes y reducir los costes de los sistemas nacionales de salud.
En los últimos años ha aumentado el uso de las nuevas técnicas de mapeo auricular, basadas en sistemas multi-electrodo para mapear la actividad eléctrica en humanos. Dichas técnicas permiten localizar y ablacionar los impulsores de la fibrilación auricular, como son las fuentes focales o los rotores. Sin embargo, todavía existe incertidumbre sobre su precisión y los procedimientos experimentales para su análisis están limitados debido a su carácter invasivo. Por lo tanto, las simulaciones computacionales son una herramienta muy útil para superar estas limitaciones, al permitir reproducir con fidelidad las observaciones experimentales, dividir el problema bajo estudio en sub-estudios más simples, y realizar investigaciones preliminares imposibles de llevar a cabo en el práctica clínica.
Esta tesis doctoral se centra en el análisis de la precisión de los sistemas de mapeo multi-electrodo a través de modelos y simulaciones computacionales. Para ello, desarrollamos modelos realistas multi-escala con el objetivo de simular actividad eléctrica auricular reentrante, en primer lugar en una lámina de tejido auricular, y en segundo lugar en las aurículas completas. Posteriormente, analizamos los efectos de las configuraciones geométricas multi-electrodo en la precisión de la localización de los rotores, mediante el uso de agrupaciones multi-electrodo con distancias inter-electrodo equidistantes, así como a través de catéteres de tipo basket con distancias inter-electrodo no equidistantes. Después de calcular los electrogramas unipolares intracavitarios, realizamos mapas de fase, detecciones de singularidad de fase para rastrear los rotores, y mapas de frecuencia dominantes. Finalmente, descubrimos que la precisión de los sistemas de mapeo multi-electrodo depende de su posición dentro de la cavidad auricular, de la distancia entre los electrodos y el tejido, de la distancia inter-electrodo, y de la contribución de las fuentes de campo lejano. Además, como consecuencia de estos factores que pueden afectar a la precisión de los sistemas de mapeo multi-electrodo, observamos la aparición de rotores falsos que podrían contribuir al fracaso de los procesos de ablación de la fibrilación auricular. / Atrial fibrillation is one of the most common cardiac arrhythmias seen in clinical practice. Therefore, it is of vital importance to develop new technologies aimed at diagnosing and terminating this kind of arrhythmia, to improve the quality of life of patients and to reduce costs to national health systems.
In the last years, new atrial mapping techniques based on multi-electrode systems are increasingly being used to map the atrial electrical activity in humans and localise and target atrial fibrillation drivers in the form of focal sources or rotors. However, significant concerns remain about their accuracy and experimental approaches to analyse them are limited due to their invasive character. Therefore, computer simulations are a helpful tool to overcome these limitations since they can reproduce with fidelity experimental observations, permit to split the problem to treat into more simple substudies, and allow the possibility of performing preliminary investigations impossible to carry out in the clinical practice.
This PhD thesis is focused on the analysis for accuracy of the multielectrode mapping systems through computational models and simulations. For this purpose, we developed realistic multiscale models in order to simulate atrial electrical reentrant activity, first in a sheet of atrial tissue and, then, in the whole atria. Then, we analysed the effects of the multi-electrode geometrical configurations on the accuracy of localizing rotors, by using multi-electrode arrays with equidistant inter-electrode distances, as well as multi-electrode basket catheters with non-equidistant inter-electrode distances. After computing the intracavitary unipolar electrograms, we performed phase maps, phase singularity detections to track rotors, and dominant frequency maps. We finally found out that the accuracy of multi-electrode mapping systems depends on their position inside the atrial cavity, the electrode-to-tissue distance, the inter-electrode distance, and the contribution of far field sources. Furthermore, as a consequence of these factors, false rotors might appear and could contribute to failure of atrial fibrillation ablation procedures. / La fibril·lació auricular és una de les arítmies cardíaques més comuns observades en la pràctica clínica. Per tant, és de vital importància desenvolupar noves tecnologies destinades a diagnosticar i acabar amb aquest tipus d'arítmia, per tal de millorar la qualitat de vida dels pacients i reduir els costos dels sistemes nacionals de salut.
En els últims anys, ha augmentat l'ús de les noves tècniques de mapeig auricular, basades en sistemes multielèctrode per a mapejar l'activitat elèctrica auricular en humans. Aquestes tècniques permeten localitzar i ablacionar els impulsors de la fibril·lació auricular, com són les fonts focals o els rotors. No obstant això, encara hi ha incertesa sobre la seua precisió i els procediments experimentals per al seu anàlisi estan limitats a causa del seu caràcter invasiu. Per tant, les simulacions computacionals són una eina molt útil per a superar aquestes limitacions, en permetre reproduir amb fidelitat les observacions experimentals, dividir el problema sota estudi en subestudis més simples, i realitzar investigacions preliminars impossibles de dur a terme en el pràctica clínica.
Aquesta tesi doctoral es centra en l'anàlisi de la precisió del sistemes de mapeig multielèctrode mitjançant els models i les simulacions computacionals. Per a això, desenvolupàrem models realistes multiescala per tal de simular activitat elèctrica auricular reentrant, en primer lloc en una làmina de teixit auricular, i en segon lloc a les aurícules completes. Posteriorment, analitzàrem els efectes de les configuracions geomètriques multielèctrode en la precisió de la localització dels rotors, mitjançant l'ús d'agrupacions multielèctrode amb distàncies interelèctrode equidistants, així com catèters de tipus basket amb distàncies interelèctrode no equidistants. Després de calcular els electrogrames unipolars intracavitaris, vam realitzar mapes de fase, deteccions de singularitat de fase per a rastrejar els rotors, i mapes de freqüència dominants. Finalment, vam descobrir que la precisió dels sistemes de mapeig multielèctrode depèn de la seua posició dins de la cavitat auricular, de la distància entre els elèctrodes i el teixit, de la distància interelèctrode, i de la contribució de les fonts de camp llunyà. A més, com a conseqüència d'aquests factors, es va observar l'aparició de rotors falsos que podrien contribuir al fracàs de l'ablació de la fibril·lació auricular. / Martínez Mateu, L. (2018). Mapping of the electrical activity of human atria. Multiscale modelling and simulations [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/104604
|
133 |
A network science approach of the macroscopic organization of the brain: analysis of structural and functional brain networks in health and diseaseDíaz Parra, Antonio 10 September 2018 (has links)
El cerebro está constituido por numerosos elementos que se encuentran interconectados de forma masiva y organizados en módulos que forman redes jerárquicas. Ciertas patologías cerebrales, como la enfermedad de Alzheimer y el trastorno por consumo de alcohol, se consideran el resultado de efectos en cascada que alteran la conectividad cerebral.
La presente tesis tiene como objetivo principal la aplicación de las técnicas de análisis de la ciencia de redes para el estudio de las redes estructurales y funcionales en el cerebro, tanto en un estado control como en un estado patológico. Así, en el primer estudio de la presente tesis se examina la relación entre la conectividad estructural y funcional en la corteza cerebral de la rata. Se lleva a cabo un análisis comparativo entre las conexiones estructurales en la corteza cerebral de la rata y los valores de correlación calculados sobre las mismas regiones. La información acerca de la conectividad estructural se ha obtenido a partir de estudios previos, mientras que la conectividad funcional se ha calculado a partir de imágenes de resonancia magnética funcional. Determinadas propiedades topológicas, y extraídas de la conectividad estructural, se relacionan con la organización modular de las redes funcionales en estado de reposo. Los resultados obtenidos en este primer estudio demuestran que la conectividad estructural y funcional cortical están altamente relacionadas entre sí.
Estudios recientes sugieren que el origen de la enfermedad de Alzheimer reside en un mecanismo en el cual depósitos de ovillos neurofibrilares y placas de beta-amiloide se acumulan en ciertas regiones cerebrales, y tienen la capacidad de diseminarse por el cerebro actuando como priones. En el segundo estudio de la presente tesis se investiga si las redes estructurales que se generan con la técnica de resonancia magnética ponderada en difusión podrían ser de utilidad para el diagnóstico de la pre-demencia causada por la enfermedad de Alzheimer. Mediante el uso de imágenes procedentes de la base de datos ADNI, se aplican técnicas de aprendizaje máquina con el fin de identificar medidas de centralidad que se encuentran alteradas en la demencia. En la segunda parte del estudio, se utilizan imágenes procedentes de la base de datos NKI para construir un modelo matemático que simule el proceso de envejecimiento normal, así como otro modelo que simule el proceso de desarrollo de la enfermedad. Con este modelado matemático, se pretende estimar la etapa más temprana que está asociada con la demencia. Los resultados obtenidos de las simulaciones sugieren que en etapas tempranas de la enfermedad de Alzheimer se producen alteraciones estructurales relacionados con la demencia.
La cuantificación de la relación estadística entre las señales BOLD de diferentes regiones puede informar sobre el estado funcional cerebral característico de enfermedades neurológicas y psiquiátricas. En el tercer estudio de la presente tesis se estudian las alteraciones en la conectividad funcional que tienen lugar en ratas dependientes del consumo de alcohol cuando se encuentran en estado de reposo. Para ello, se ha aplicado el método NBS. El análisis de este modelo de rata revela diferencias estadísticamente significativas en una subred de regiones cerebrales que están implicadas en comportamientos adictivos. Por lo tanto, estas estructuras cerebrales podrían ser el foco de posibles dianas terapéuticas.
La tesis aporta tres innovadoras contribuciones para entender la conectividad cerebral bajo la perspectiva de la ciencia de redes, tanto en un estado control como en un estado patológico. Los resultados destacan que los modelos basados en las redes cerebrales permiten esclarecer la relación entre la estructura y la función en el cerebro. Y quizás más importante, esta perspectiva de red tiene aplicaciones que se podrían trasladar a la práctica clínica. / The brain is composed of massively connected elements arranged into modules that form hierarchical networks. Experimental evidence reveals a well-defined connectivity design, characterized by the presence of strategically connected core nodes that critically contribute to resilience and maintain stability in interacting brain networks. Certain brain pathologies, such as Alzheimer's disease and alcohol use disorder, are thought to be a consequence of cascading maladaptive processes that alter normal connectivity. These findings have greatly contributed to the development of network neuroscience to understand the macroscopic organization of the brain.
This thesis focuses on the application of network science tools to investigate structural and functional brain networks in health and disease. To accomplish this goal, three specific studies are conducted using human and rodent data recorded with MRI and tracing technologies.
In the first study, we examine the relationship between structural and functional connectivity in the rat cortical network. Using a detailed cortical structural matrix obtained from published histological tracing data, we first compare structural connections in the rat cortex with their corresponding spontaneous correlations extracted empirically from fMRI data. We then show the results of this comparison by relating structural properties of brain connectivity to the functional modularity of resting-state networks. Specifically, we study link reciprocity in both intra- and inter-modular connections as well as the structural motif frequency spectrum within functionally defined modules. Overall, our results provide further evidence that structural connectivity is coupled to and shapes functional connectivity in cortical networks.
The pathophysiological process of Alzheimer's disease is thought to begin years before clinical decline, with evidence suggesting pahtogenic seeding and subsequent prion-like spreading processes of neurofibrillary tangles and amyloid plaques. In the second study of this thesis, we investigate whether structural brain networks as measured with dMRI could serve as a complementary diagnostic tool in prodromal dementia. Using imaging data from the ADNI database, we first aim to implement machine learning techniques to extract centrality features that are altered in Alzheimer's dementia. We then incorporate data from the NKI database and create dynamical models of normal aging and Alzheimer's disease to estimate the earliest detectable stage associated with dementia in the simulated disease progression. Our model results suggest that changes associated with dementia begin to manifest structurally at early stages.
Statistical dependence measures computed between BOLD signals can inform about brain functional states in studies of neurological and psychiatric disorders. Furthermore, its non-invasive nature allows comparable measurements between clinical and animal studies, providing excellent translational capabilities. In the last study, we apply the NBS method to investigate alterations in the resting-state functional connectivity of the rat brain in a PD state, an established animal model of clinical relevant features in alcoholism. The analysis reveal statistically significant differences in a connected subnetwork of structures with known relevance for addictive behaviors, hence suggesting potential targets for therapy.
This thesis provides three novel contributions to understand the healthy and pathological brain connectivity under the perspective of network science. The results obtained in this thesis underscore that brain network models offer further insights into the structure-function coupling in the brain. More importantly, this network perspective provides potential applications for the diagnosis and treatment of neurological and psychiatric disorders. / El cervell està constituït per nombrosos elements que es troben interconnectats de forma massiva i organitzats en mòduls que formen xarxes jeràrquiques. Certes patologies cerebrals, com la malaltia d'Alzheimer i el trastorn per consum d'alcohol, es consideren el resultat d'efectes en cascada que alteren la connectivitat cerebral.
La present tesi té com a objectiu principal l'aplicació de les tècniques d'anàlisi de la ciència de xarxes per a l'estudi de les xarxes estructurals i funcionals en el cervell, tant en un estat control com en un estat patològic. Així, en el primer estudi de la present tesi s'examina la relació entre la connectivitat estructural i funcional en l'escorça cerebral de la rata. Es du a terme una anàlisi comparativa entre les connexions estructurals en l'escorça cerebral de la rata i els valors de correlació calculats sobre les mateixes regions. La informació sobre la connectivitat estructural s'ha obtingut a partir d'estudis previs, mentre que la connectivitat funcional s'ha calculat a partir d'imatges de ressonància magnètica funcional. Determinades propietats topològiques, i extretes de la connectivitat estructural, es relacionen amb l'organització modular de les xarxes funcionals en estat de repòs. Els resultats obtinguts en este primer estudi demostren que la connectivitat estructural i funcional cortical estan altament relacionades entre si.
Estudis recents suggereixen que l'origen de la malaltia d'Alzheimer resideix en un mecanisme en el qual depòsits d'ovulets neurofibrilars i plaques de beta- miloide s'acumulen en certes regions cerebrals, i tenen la capacitat de disseminar-se pel cervell actuant com a prions. En el segon estudi de la present tesi s'investiga si les xarxes estructurals que es generen amb la tècnica de la imatge per ressonància magnètica ponderada en difusió podrien ser d'utilitat per al diagnòstic de la predemència causada per la malaltia d'Alzheimer. Per mitjà de l'ús d'imatges procedents de la base de dades ADNI, s'apliquen tècniques d'aprenentatge màquina a fi d'identificar mesures de centralitat que es troben alterades en la demència. En la segona part de l'estudi, s'utilitzen imatges procedents de la base de dades NKI per a construir un model matemàtic que simule el procés d'envelliment normal, així com un altre model que simule el procés de desenrotllament de la malaltia. Amb este modelatge matemàtic, es pretén estimar l'etapa més primerenca que està associada amb la demència. Els resultats obtinguts de les simulacions suggereixen que en etapes primerenques de la malaltia d'Alzheimer es produeixen alteracions estructurals relacionats amb la demència.
La quantificació de la relació estadística entre els senyals BOLD de diferents regions pot informar sobre l'estat funcional cerebral característic de malalties neurològiques i psiquiàtriques. A més, a causa de la seua naturalesa no invasiva, és possible comparar els resultats obtinguts entre estudis clínics i estudis amb animals d'experimentació. En el tercer estudi de la present tesi s'estudien les alteracions en la connectivitat funcional que tenen lloc en rates dependents del consum d'alcohol quan es troben en estat de repòs. Per a realitzar-ho, s'ha aplicat el mètode NBS. L'anàlisi d'aquest model de rata revela diferències estadísticament significatives en una subxarxa de regions cerebrals que estan implicades en comportaments addictius. Per tant, estes estructures cerebrals podrien ser el focus de possibles dianes terapèutiques.
La tesi aporta tres innovadores contribucions per a entendre la connectivitat cerebral davall la perspectiva de la ciència de xarxes, tant en un estat control com en un estat patològic. Els resultats destaquen que els models basats en les xarxes cerebrals permeten aclarir la relació entre l'estructura i la funció en el cervell. I potser més important, esta perspectiva de xarxa té aplicacions que es podrien traslladar a la pràcti / Díaz Parra, A. (2018). A network science approach of the macroscopic organization of the brain: analysis of structural and functional brain networks in health and disease [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/106966
|
134 |
Characterizing functional and structural brain alterations driven by chronic alcohol drinking: a resting-state fMRI connectivity and voxel-based morphometry analysisPérez Ramírez, María Úrsula 22 November 2018 (has links)
El balance del cerebro se altera a nivel estructural y funcional por el consumo de alcohol y puede causar trastornos por consumo de alcohol (TCA). El objetivo de esta Tesis Doctoral fue investigar los efectos del consumo crónico y excesivo de alcohol en el cerebro desde una perspectiva funcional y estructural, mediante análisis de imágenes multimodales de resonancia magnética (RM).
Realizamos tres estudios con objetivos específicos:
i) Para entender cómo las neuroadaptaciones desencadenadas por el consumo de alcohol se ven reflejadas en la conectividad cerebral funcional entre redes cerebrales, así como en la actividad cerebral, realizamos estudios en ratas msP en condiciones de control y tras un mes con acceso a alcohol. Para cada sujeto se obtuvieron las señales específicas de sus redes cerebrales tras aplicar análisis probabilístico de componentes independientes y regresión espacial a las imágenes funcionales de RM en estado de reposo (RMf-er). Después, estimamos la conectividad cerebral en estado de reposo mediante correlación parcial regularizada. Para una lectura de la actividad neuronal realizamos un experimento con imágenes de RM realzadas con manganeso. En la condición de alcohol encontramos hipoconectividades entre la red visual y las redes estriatal y sensorial; todas con incrementos en actividad. Por el contrario, hubo hiperconectividades entre tres pares de redes cerebrales: 1) red prefrontal cingulada media y red estriatal, 2) red sensorial y red parietal de asociación y 3) red motora-retroesplenial y red sensorial, siendo la red parietal de asociación la única red sin incremento de actividad. Estos resultados indican que las redes cerebrales ya se alteran desde una fase temprana de consumo continuo y prolongado de alcohol, disminuyendo el control ejecutivo y la flexibilidad comportamental.
ii) Para comparar el volumen de materia gris (MG) cortical entre 34 controles sanos y 35 pacientes con dependencia al alcohol, desintoxicados y en abstinencia de 1 a 5 semanas, realizamos un análisis de morfometría basado en vóxel. Las principales estructuras cuyo volumen de MG disminuyó en los sujetos en abstinencia fueron el giro precentral (GPreC), el giro postcentral (GPostC), la corteza motora suplementaria (CMS), el giro frontal medio (GFM), el precúneo (PCUN) y el lóbulo parietal superior (LPS). Disminuciones de MG en el volumen de esas áreas pueden dar lugar a cambios en el control de los movimientos (GPreC y CMS), en el procesamiento de información táctil y propioceptiva (GPostC), personalidad, previsión (GFM), reconocimiento sensorial, entendimiento del lenguaje, orientación (PCUN) y reconocimiento de objetos a través de su forma (LPS).
iii) Caracterizar estados cerebrales dinámicos en señales de RMf mediante una metodología basada en un modelo oculto de Markov (HMM en inglés)-Gaussiano en un paradigma con diseño de bloques, junto con distintas señales temporales de múltiples redes: componentes independientes y modos funcionales probabilísticos (PFMs en inglés) en 14 sujetos sanos. Cuatro condiciones experimentales formaron el paradigma de bloques: reposo, visual, motora y visual-motora. Mediante la aplicación de HMM-Gaussiano a los PFMs pudimos caracterizar cuatro estados cerebrales a partir de la actividad media de cada PFM. Los cuatro mapas espaciales obtenidos fueron llamados HMM-reposo, HMM-visual, HMM-motor y HMM-RND (red neuronal por defecto). HMM-RND apareció una vez el estado de tarea se había estabilizado. En un futuro cercano se espera obtener estados cerebrales en nuestros datos de RMf-er en ratas, para comparar dinámicamente el comportamiento de las redes cerebrales como un biomarcador de TCA.
En conclusión, las técnicas de neuroimagen aplicadas en imagen de RM multimodal para estimar la conectividad cerebral en estado de reposo, la actividad cerebral y el volumen de materia gris han permitido avanzar en el entendimiento de los mecanismos homeostático / La ingesta d'alcohol altera el balanç del cervell a nivell estructural i funcional i pot causar trastorns per consum d' alcohol (TCA). L'objectiu d'aquesta Tesi Doctoral fou estudiar els efectes en el cervell del consum crònic i excessiu d'alcohol, des d'un punt de vista funcional i estructural i per mitjà d'anàlisi d'imatges de ressonància magnètica (RM). Vam realitzar tres anàlisis amb objectius específics:
i) Per a entendre com les neuroadaptacions desencadenades pel consum d'alcohol es veuen reflectides en la connectivitat cerebral funcional entre xarxes cerebrals, així com en l'activitat cerebral, vam realitzar estudis en rates msP en les condicions de control i després d'un mes amb accés a alcohol. Per a cada subjecte vam obtindre els senyals de les xarxes cerebrals tras aplicar a les imatges funcionals de RM en estat de repòs una anàlisi probabilística de components independents i regressió espacial. Després, estimàrem la connectivitat cerebral en estat de repòs per mitjà de correlació parcial regularitzada. Per a una lectura de l'activitat cerebral vam adquirir imatges de RM realçades amb manganés. En la condició d'alcohol vam trobar hipoconnectivitats entre la xarxa visual i les xarxes estriatal i sensorial, totes amb increments en activitat. Al contrari, va haver-hi hiperconnectivitats entre tres parells de xarxes cerebrals: 1) xarxa prefrontal cingulada mitja i xarxa estriatal, 2) xarxa sensorial i xarxa parietal d'associació i 3) xarxa motora-retroesplenial i xarxa sensorial, sent la xarxa parietal d'associació l'única xarxa sense increment d'activitat. Aquests resultats indiquen que les xarxes cerebrals ja s'alteren des d'una fase primerenca caracteritzada per consum continu i prolongat d'alcohol, disminuint el control executiu i la flexibilitat comportamental.
ii) Per a comparar el volum de MG cortical entre 34 controls sans i 35 pacients amb dependència a l'alcohol, desintoxicats i en abstinència de 1 a 5 setmanes vam emprar anàlisi de morfometria basada en vòxel. Les principals estructures on el volum de MG va disminuir en els subjectes en abstinència van ser el gir precentral (GPreC), el gir postcentral (GPostC), la corteça motora suplementària (CMS), el gir frontal mig (GFM), el precuni (PCUN) i el lòbul parietal superior (LPS). Les disminucions de MG en eixes àrees poden donar lloc a canvis en el control dels moviments (GPreC i CMS), en el processament d'informació tàctil i propioceptiva (GPostC), personalitat, previsió (GFM), reconeixement sensorial, enteniment del llenguatge, orientació (PCUN) i reconeixement d'objectes a través de la seua forma (LPS).
iii) Caracterització de les dinàmiques temporals del cervell com a diferents estats cerebrals, en senyals de RMf mitjançant una metodologia basada en un model ocult de Markov (HMM en anglès)-Gaussià en imatges de RMf, junt amb dos tipus de senyals temporals de múltiples xarxes cerebrals: components independents i modes funcionals probabilístics (PFMs en anglès) en 14 subjectes sans. Quatre condicions experimentals van formar el paradigma de blocs: repòs, visual, motora i visual-motora. HMM-Gaussià aplicat als PFMs (senyals de RM funcional de xarxes cerebrals) va permetre la millor caracterització dels quatre estats cerebrals a partir de l'activitat mitjana de cada PFM. Els quatre mapes espacials obtinguts van ser anomenats HMM-repòs, HMM-visual, HMM-motor i HMM-XND (xarxa neuronal per defecte). HMM-XND va aparèixer una vegada una tasca estava estabilitzada. En un futur pròxim s'espera obtindre estats cerebrals en les nostres dades de RMf-er en rates, per a comparar dinàmicament el comportament de les xarxes cerebrals com a biomarcador de TCA.
En conclusió, s'han aplicat tècniques de neuroimatge per a estimar la connectivitat cerebral en estat de repòs, l'activitat cerebral i el volum de MG, aplicades a imatges multimodals de RM i s'han obtés resultats que han permés avançar en l'enteniment dels m / Alcohol intake alters brain balance, affecting its structure and function, and it may cause Alcohol Use Disorders (AUDs). We aimed to study the effects of chronic, excessive alcohol consumption on the brain from a functional and structural point of view, via analysis of multimodal magnetic resonance (MR) images.
We conducted three studies with specific aims:
i) To understand how the neuroadaptations triggered by alcohol intake are reflected in between-network resting-state functional connectivity (rs-FC) and brain activity in the onset of alcohol dependence, we performed studies in msP rats in control and alcohol conditions. Group probabilistic independent component analysis (group-PICA) and spatial regression were applied to resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) images to obtain subject-specific time courses of seven resting-state networks (RSNs). Then, we estimated rs-FC via L2-regularized partial correlation. We performed a manganese-enhanced (MEMRI) experiment as a readout of neuronal activity. In alcohol condition, we found hypoconnectivities between the visual network (VN), and striatal (StrN) and sensory-cortex (SCN) networks, all with increased brain activity. On the contrary, hyperconnectivities were found between three pairs of RSNs: 1) medial prefrontal-cingulate (mPRN) and StrN, 2) SCN and parietal association (PAN) and 3) motor-retrosplenial (MRN) and SCN networks, being PAN the only network without brain activity rise. Interestingly, the hypoconnectivities could be explained as control to alcohol transitions from direct to indirect connectivity, whereas the hyperconnectivities reflected an indirect to an even more indirect connection. These findings indicate that RSNs are early altered by prolonged and moderate alcohol exposure, diminishing the executive control and behavioral flexibility.
ii) To compare cortical gray matter (GM) volume between 34 healthy controls and 35 alcohol-dependent patients who were detoxified and remained abstinent for 1-5 weeks before MRI acquisition, we performed a voxel-based morphometry analysis. The main structures whose GM volume decreased in abstinent subjects compared to controls were precentral gyrus (PreCG), postcentral gyrus (PostCG), supplementary motor cortex (SMC), middle frontal gyrus (MFG), precuneus (PCUN) and superior parietal lobule (SPL). Decreases in GM volume in these areas may lead to changes in control of movement (PreCG and SMC), in processing tactile and proprioceptive information (PostCG), personality, insight, prevision (MFG), sensory appreciation, language understanding, orientation (PCUN) and the recognition of objects by touch and shapes (SPL).
iii) To characterize dynamic brain states in functional MRI (fMRI) signals by means of an approach based on the Hidden Markov model (HMM). Several parameter configurations of HMM-Gaussian in a block-design paradigm were considered, together with different time series: independent components (ICs) and probabilistic functional modes (PFMs) on 14 healthy subjects. The block-design fMRI paradigm consisted of four experimental conditions: rest, visual, motor and visual-motor. Characterizing brain states' dynamics in fMRI data was possible applying the HMM-Gaussian approach to PFMs, with mean activity driving the states. The four spatial maps obtained were named HMM-rest, HMM-visual, HMM-motor and HMM-DMN (default mode network). HMM-DMN appeared once a task state had stabilized. The ultimate goal will be to obtain brain states in our rs-fMRI rat data, to dynamically compare the behavior of brain RSNs as a biomarker of AUD.
In conclusion, neuroimaging techniques to estimate rs-FC, brain activity and GM volume can be successfully applied to multimodal MRI in the advance of the understanding of brain homeostasis in AUDs. These functional and structural alterations are a biomarker of chronic alcoholism to explain impairments in executive control, reward evaluation and visuospatial processing. / Pérez Ramírez, MÚ. (2018). Characterizing functional and structural brain alterations driven by chronic alcohol drinking: a resting-state fMRI connectivity and voxel-based morphometry analysis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/113164
|
135 |
Mathematical modeling approaches for the diagnosis and treatment of reentrant atrial tachyarrhythmiasLiberos Mascarell, Alejandro 05 April 2016 (has links)
[EN] Atrial tachyarrhythmias present a high prevalence in the developed world, and several studies predict that in the coming decades it will be increased. Micro or macro-reentrant mechanisms of the electrical wavefronts that govern the mechanical behavior of the heart are one of the main responsibles for the maintenance of these arrhythmias. Atrial flutter is maintained by a macro-reentry around an anatomical or functional obstacle located in the atria. In the case of atrial fibrillation, the hypothesis which describes high frequency rotors as dominant sources of the fibrillation and responsible for the maintenance of the arrhythmia, has been gaining relevance in the last years. However, the therapies that target high frequency sources have a limited efficacy with current techniques.
Radiofrequency ablation allows the destruction of parts of the cardiac tissue resulting in the interruption of the reentrant circuit in case of macro-reentries or the isolation of micro-reentrant circuits. The non-invasive location of reentrant circuits would increment the efficacy of these therapies and would shorten surgery interventions.
In parallel, pharmacological therapies modify ionic expressions associated to the excitability and electrical refractoriness of the cardiac tissue with the objective of hindering the maintenance of reentrant behaviors. These therapies require a deep knowledge of the ionic mechanisms underlying the reentrant behavior and its properties in order to be effective. The research in these mechanisms allows the evaluation of new targets for the treatment and thus may improve the efficacy in atrial fibrillation termination.
In this thesis, mathematical modeling is used to go forward in the minimization of the limitations associated to these treatments. Body surface potential mapping has been evaluated, both clinically and by means of mathematical simulations for the diagnosis and location of macro-reentrant circuits. The analysis of phase maps obtained from multiple lead electrocardiographic recordings distributed in the whole torso allowed the discrimination between different reentrant circuits. It is the reason why this technique is presented as a tool for the non-invasive location of macro and micro-reentrant circuits.
A population of mathematical models designed in this thesis based on the action potentials recordings of atrial cardiomyocites from 149 patients, allowed the evaluation of the ionic mechanisms defining the properties of reentrant behaviors. This study has allowed us defining the blockade of ICaL as a target for the pharmacological treatment. The blockade of this current is associated with the increase of the movement in the core of the rotor which easies the collision of the rotor with other wavefronts or anatomical obstacles promoting the extinction of the reentry. The variability observed between patients modeled in our population has allowed showing and explaining the mechanisms promoting divergent results of a single treatment. This is why the introduction of populations of models will allow the prevention of side effects associated to inter-subject variability and to go forward in the development of individualized therapies.
These works are built through a simulation platform of cardiac electrophysiology based in Graphic Processing Units (GPUs) and developed in this thesis. The platform allows the simulation of cellular models, tissues and organs with a realistic geometry and shows features comparable to that of the platforms used by the most relevant electrophysiology research groups at the moment. / [ES] Las taquiarritmias auriculares tienen una alta prevalencia en el mundo desarrollado, además diversos estudios poblacionales indican que en las próximas décadas ésta se verá incrementada. Los mecanismos de micro o macro-reentrada de los frentes de onda eléctricos que rigen el comportamiento mecánico del corazón, se presentan como una de las principales causas del mantenimiento de estas arritmias. El flutter auricular es mantenido por un macro-reentrada alrededor de un obstáculo anatómico o funcional en las aurículas, mientras que en el caso de la fibrilación auricular la hipótesis que define a los rotores de alta frecuencia como elementos dominantes y responsables del mantenimiento de la arritmia se ha ido imponiendo al resto en los últimos años. Sin embargo, las terapias que tienen como objetivo finalizar o aislar estas reentradas tienen todavía una eficacia limitada.
La ablación por radiofrecuencia permite eliminar zonas del tejido cardiaco resultando en la interrupción del circuito de reentrada en el caso de macro-reentradas o el aislamiento de comportamientos micro-reentrantes. La localización no invasiva de los circuitos reentrantes incrementaría la eficacia de estas terapias y reduciría la duración de las intervenciones quirúrgicas.
Por otro lado, las terapias farmacológicas alteran las expresiones iónicas asociadas a la excitabilidad y la refractoriedad del tejido con el fin de dificultar el mantenimiento de comportamientos reentrantes. Este tipo de terapias exigen incrementar el conocimiento de los mecanismos subyacentes que explican el proceso de reentrada y sus propiedades, la investigación de estos mecanismos permite definir las dianas terapéuticas que mejoran la eficacia en la extinción de estos comportamientos.
En esta tesis el modelado matemático se utiliza para dar un paso importante en la minimización de las limitaciones asociadas a estos tratamientos. La cartografía eléctrica de superficie ha sido testada, clínicamente y con simulaciones matemática,s como técnica de diagnóstico y localización de circuitos macro-reentrantes. El análisis de mapas de fase obtenidos a partir de los registros multicanal de derivaciones electrocardiográficas distribuidas en la superficie del torso permite diferenciar distintos circuitos de reentrada. Es por ello que esta técnica de registro y análisis se presenta como una herramienta para la localización no invasiva de circuitos macro y micro-reentrantes.
Una población de modelos matemáticos, diseñada en esta tesis a partir de los registros de los potenciales de acción de 149 pacientes, ha permitido evaluar los mecanismos iónicos que definen las propiedades asociadas a los procesos de reentrada. Esto ha permitido apuntar al bloqueo de la corriente ICaL como diana terapéutica. Ésta se asocia al incremento del movimiento del núcleo que facilita el impacto del rotor con otros frentes de onda u obstáculos extinguiéndose así el comportamiento reentrante. La variabilidad entre pacientes reflejada en la población de modelos ha permitido además mostrar los mecanismos por los cuales un mismo tratamiento puede mostrar efectos divergentes, así el uso de poblaciones de modelos matemáticos permitirá prevenir efectos secundarios asociados a la variabilidad entre pacientes y profundizar en el desarrollo de terapias individualizadas.
Estos trabajos se cimientan sobre una plataforma de simulación de electrofisiología cardiaca de basado en Unidades de Procesado Gráfico (GPUs) y desarrollada en esta tesis. La plataforma permite la simulación de modelos celulares cardiacos así como de tejidos u órganos con geometría realista, mostrando unas prestaciones comparables con las de las utilizadas por los grupos de investigación más potentes en el campo de la electrofisiología. / [CA] Les taquiarítmies auriculars tenen una alta prevalença en el món desenvolupat, a més diversos estudis poblacionals indiquen que en les pròximes dècades aquesta es veurà incrementada. Els mecanismes de micro o macro-reentrada dels fronts d'ona elèctrics que regeixen el comportament mecànic del cor, es presenten com una de les principals causes del manteniment d'aquestes arítmies. El flutter auricular és mantingut per una macro-reentrada al voltant d'un obstacle anatòmic o funcional en les aurícules, mentre que en el cas de la fibril·lació auricular la hipòtesi que defineix als rotors d'alta freqüència com a elements dominants i responsables del manteniment de l'arítmia s'ha anat imposant a la resta en els últims anys. No obstant això, les teràpies que tenen com a objectiu finalitzar o aïllar aquestes reentrades tenen encara una eficàcia limitada.
L'ablació per radiofreqüència permet eliminar zones del teixit cardíac resultant en la interrupció del circuit de reentrada en el cas de macro-reentrades o l'aïllament de comportaments micro-reentrants. La localització no invasiva dels circuits reentrants incrementaria l'eficàcia d'aquestes teràpies i reduiria la durada de les intervencions quirúrgiques.
D'altra banda, les teràpies farmacològiques alteren les expressions iòniques associades a la excitabilitat i la refractaritat del teixit amb la finalitat de dificultar el manteniment de comportaments reentrants. Aquest tipus de teràpies exigeixen incrementar el coneixement dels mecanismes subjacents que expliquen el procés de reentrada i les seues propietats, la recerca d'aquests mecanismes permet definir les dianes terapèutiques que milloren l'eficàcia en l'extinció d'aquests comportaments.
En aquesta tesi el modelatge matemàtic s'utilitza per a fer un pas important en la minimització de les limitacions associades a aquests tractaments. La cartografia elèctrica de superfície ha sigut testada, clínicament i amb simulacions matemàtiques com a tècnica de diagnòstic i localització de circuits macro-reentrants. L'anàlisi de mapes de fase obtinguts a partir dels registres multicanal de derivacions electrocardiogràfiques distribuïdes en la superfície del tors permet diferenciar diferents circuits de reentrada. És per açò que aquesta tècnica de registre i anàlisi es presenta com una eina per a la localització no invasiva de circuits macro i micro-reentrants.
Una població de models matemàtics, dissenyada en aquesta tesi a partir dels registres dels potencials d'acció de 149 pacients, ha permès avaluar els mecanismes iònics que defineixen les propietats associades als processos de reentrada. Açò ha permès apuntar al bloqueig del corrent ICaL com a diana terapèutica. Aquesta s'associa a l'increment del moviment del nucli que facilita l'impacte del rotor amb altres fronts d'ona o obstacles extingint-se així el comportament reentrant. La variabilitat entre pacients reflectida en la població de models ha permès a més mostrar els mecanismes pels quals un mateix tractament pot mostrar efectes divergents, així l'ús de poblacions de models matemàtics permetrà prevenir efectes secundaris associats a la variabilitat entre pacients i aprofundir en el desenvolupament de teràpies individualitzades.
Aquests treballs es fonamenten sobre una plataforma de simulació de electrofisiologia cardíaca basat en Unitats de Processament Gràfic (GPUs) i desenvolupada en aquesta tesi. La plataforma permet la simulació de models cel·lulars cardíacs així com de teixits o òrgans amb geometria realista, mostrant unes prestacions comparables amb les de les utilitzades per els grups de recerca més importants en aquesta área. / Liberos Mascarell, A. (2016). Mathematical modeling approaches for the diagnosis and treatment of reentrant atrial tachyarrhythmias [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62166
|
136 |
The effect of "Postural Freedom" in laparoscopic surgeryPace Bedetti, Horacio Martin 17 June 2019 (has links)
[ES] La cirugía laparoscopia está considerada uno de los principales avances quirúrgicos en las últimas décadas. Esta técnica ha demostrado numerosas ventajas comparadas con la cirugía convencional abierta y ha sido extensamente usada para procesos quirúrgicos en el área abdominal. Para el paciente, la cirugía laparoscópica supone diversas ventajas, como por ejemplo menor dolor post operativo, tiempos de recuperación menores, menor riesgo de infección, o reducción del trauma.
Para el cirujano en cambio, la situación es completamente diferente, esta práctica requiere mayor esfuerzo, concentración y estrés mental que la práctica convencional abierta. Además fuerza al cirujano a adoptar posiciones no-neutras en falanges, manos, muñecas, y brazos. Estas posturas no-neutras son la principal causa de fatiga muscular y aumentan el riesgo de problemas musculo-esqueléticos.
Estos problemas han sido ampliamente estudiados por diferentes equipos de investigación, los cuales están tratando de mejorar la experiencia del cirujano en el quirófano. El enfoque utilizado en este estudio es diferente del utilizado anteriormente por la mayoría de estos equipos, los cuales suelen propones soluciones basadas en cambios ergonómicos con la intención de mejorar la geometría del mango de pistola convencional, ya que se considera ergonómicamente deficiente. El problema con este enfoque, es que las deficiencias no se encuentran únicamente en el mango, sino en la utilización de un punto de entrada fijo que fuerza a los cirujanos a mantener posiciones desfavorables.
En este trabajo, se introduce el concepto "Libertad Postural" en el ámbito de la cirugía, este se basa en la hipótesis de que, si las herramientas no forzaran la posición de los cirujanos, estos mantendrían posiciones más favorables y cercanas al rango de posiciones neutras durante los procesos laparoscópicos.
Los beneficios de este concepto han sido demostrados por medio de análisis de movimiento y de electromiografía de superficie, los cuales indican que la "Libertad Postural" es causante de un claro aumento de las posiciones neutras y de la reducción de la fatiga muscular, y han sido testeados por cirujanos en entornos simulados, los cuales encuentran beneficioso utilizar la "Libertad Postural" como característica base de este nuevo diseño de herramienta laparoscópica.
En la sección final de este trabajo se propone un diseño que implementa el concepto de libertad postura con el cual se reduciría la fatiga muscular y los problemas musculo esqueléticos asociados a la práctica laparoscópica.
Este diseño tiene la característica de actuar como una nueva sección del brazo, siendo una articulación que soporta los giros y grandes desplazamientos que normalmente tienen que desarrollar los brazos del cirujano. Además, esta solución es económica y fácil de fabricar, lo cual permitiría su uso por cirujanos de todo el mundo. / [CA] La cirurgia laparoscòpia està considerada un dels principals avanços quirúrgics en les últimes dècades. Aquesta tècnica ha demostrat nombrosos avantatges comparats amb la cirurgia convencional oberta i ha sigut extensament usada per a processos quirúrgics en l'àrea abdominal. Per al pacient, la cirurgia laparoscòpica suposa diversos avantatges, com per exemple menor dolor post operatiu, temps de recuperació menors, menor risc d'infecció, o reducció del trauma.
Per al cirurgià en canvi, la situació és completament diferent, aquesta pràctica requereix major esforç, concentració i estrés mental que la pràctica convencional oberta. A més força al cirurgià a adoptar posicions no-neutres en falanges, mans, nines, i braços. Aquestes postures no-neutres són la principal causa de fatiga muscular i augmenten el risc de problemes musculo-esquelètics.
Aquests problemes han sigut àmpliament estudiats per diferents equips d'investigació, els quals estan tractant de millorar l'experiència del cirurgià en el quiròfan. L'enfocament utilitzat en aquest estudi és diferent de l'utilitzat anteriorment per la majoria d'aquests equips, els quals solen proposes solucions basades en canvis ergonòmics amb la intenció de millorar la geometria del mànec de pistola convencional, ja que es considera ergonòmicament deficient. El problema amb aquest enfocament, és que les deficiències no es troben únicament en el mànec, sinó en la utilització d'un punt d'entrada fix que força als cirurgians a mantindre posicions desfavorables.
En aquest treball, s'introdueix el concepte "Llibertat Postural" en l'àmbit de la cirurgia, aquest es basa en la hipòtesi que, si les eines no forçaren la posició dels cirurgians, aquests mantindrien posicions més favorables i pròximes al rang de posicions neutres durant els processos laparoscòpics.
Els beneficis d'aquest concepte han sigut demostrats per mitjà d'anàlisi de moviment i de electromiografía de superfície, els quals indiquen que la "Llibertat Postural" és causant d'un clar augment de les posicions neutres i de la reducció de la fatiga muscular, i han sigut testats per cirurgians en entorns simulats, els quals troben beneficiós utilitzar la "Llibertat Postural" com a característica base d'aquest nou disseny d'eina laparoscòpica.
En la secció final d'aquest treball es proposa un disseny que implementa el concepte de llibertat postura amb el qual es reduiria la fatiga muscular i els problemes *musculo esquelètics associats a la pràctica laparoscòpica.
Aquest disseny té la característica d'actuar com una nova secció del braç, sent una articulació que suporta els girs i grans desplaçaments que normalment han de desenvolupar els braços del cirurgià. A més, aquesta solució és econòmica i fàcil de fabricar, la qual cosa permetria el seu ús per cirurgians de tot el món. / [EN] Laparoscopic surgery is considered one of the main surgical advances in the last decades, this technique has demonstrated numerous advantages compared to open conventional surgery and it is widely used in abdominal procedures around the world. For the patient, laparoscopic surgery suppose less post-operative pain, shorter recovery time, lower risk of infection, and reduction of the trauma among other benefits.
For the surgeon, the situation is completely different, this practice requires more effort, concentration and mental stress than conventional open procedures. It forces the surgeon to adopt non-neutral postures with phalanges, hands, wrists, and arms being this non-neutral postures the main cause of muscular fatigue and high risk of musculoskeletal disorders. The poor ergonomic postures accelerate muscle fatigue and pain because, outside the neutral range, muscles require more energy to generate the same contractile force than in neutral position. This increase of muscular fatigue is associated with the potential to commit errors that may harm the patient during the surgery.
Because this problem is widely studied and different research centers are already trying to improve their surgeons experience in the operation room, the approach used during this work is different than most of the ones presented in previous works. Generally, the solutions proposed are based on ergonomic changes in the handle shape of the instrument, because the conventional pistol-grip handle is considered ergonomically poor. But the problem is not only in the shape of the handle but also in the fixed point of entrance that force the positions for the surgeon despite the handle¿s shape.
In this work, the concept of postural freedom in laparoscopic surgery is introduced and evaluated. The postural freedom concept is based on the hypothesis that the surgeon involuntarily would maintain neutral postures if the instrument does not force him or her to reach extreme position with the upper limbs.
The benefits of this concept has been demonstrated, by means of electromyography and motion capture. It reduces the localized muscular fatigue and increases the number of neutral postures during laparoscopic simulations.
In the final section it is proposed a design that implements the postural freedom concept with, according on the results, the potential to reduce the localized muscular fatigue and the musculoskeletal problems associated to the practice.
The design proposed here acts as a new section on the arm, being an articulation that support the turns and big displacements that currently suffer the surgeon¿s body. The solution is affordable and easy to manufacture and could be used by surgeons worldwide. / Pace Bedetti, HM. (2019). The effect of "Postural Freedom" in laparoscopic surgery [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/122312
|
137 |
Procesado, modelización y caracterización de mezclas industriales de SEBS con materiales con cambio de fase (PCM) para la mejora del confort térmico en aplicaciones de ortopedia y puericulturaJuárez Varón, David 19 September 2011 (has links)
El sector de puericultura y ortopédico son sectores de gran relevancia, donde aspectos como el confort, adaptabilidad, calidez, etc. adquieren sentido. Los cauchos basados en silicona líquida (LSR) son clave en estos sectores, ofreciendo interesantes propiedades tanto a nivel técnico como de percepción positiva por parte del usuario. No obstante, la transformación de estos materiales es algo más compleja que el conjunto de plásticos de uso común y además, debido a su naturaleza reticular, resulta un material difícil de reciclar.
El proceso de inyección es un proceso de conformado de los materiales poliméricos termoplásticos que representa una notable importancia económica y tecnológica.
Bajo estas premisas, el objetivo principal de este trabajo de investigación es el desarrollo de materiales para el sector ortopédico - puericultura a partir del empleo de materiales de naturaleza reticular reversible (elastómeros termoplásticos) que puedan procesarse mediante técnicas de inyección convencionales y que sean capaces de aportar una buena inercia térmica para confort, mediante el empleo de materiales microencapsulados con cambio de fase (PCMs).
Para ello, se plantea un conjunto de mezclas de un sistema basado en dos grados comerciales de elastómero termoplástico de SEBS (copolímero en bloque de estireno-etileno/butileno-estireno) con durezas extremas. Ello conlleva el planteamiento de objetivos parciales como la caracterización reológica del sistema (desarrollando un modelo de predicción de comportamiento mediante software de simulación), la modelización del comportamiento mecánico de las mezclas, la optimización del procesado de las mezclas aditivadas con PCMs (analizando la respuesta mecánica y térmica) y el estudio de la inercia térmica de las mismas para la mejora del confort de estos materiales y su potencial empleo en los sectores industriales mencionados, como sustitutos en las aplicaciones de la silicona líquida inyectada. / Juárez Varón, D. (2011). Procesado, modelización y caracterización de mezclas industriales de SEBS con materiales con cambio de fase (PCM) para la mejora del confort térmico en aplicaciones de ortopedia y puericultura [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11551
|
138 |
Estudio espectral del ritmo eléctrico básico del intestino delgado para la monitorización no invasiva del marcapasos intestinalMoreno Vázquez, José de Jesús 09 January 2012 (has links)
El aparato digestivo permite que los alimentos se conviertan en nutrientes y
proporcionen al organismo las calorías y los elementos fundamentales para la vida, al
mismo tiempo que se expulsan y eliminan los productos residuales de forma
adecuada. La motilidad intestinal es muy importante para conseguir la segmentación
del quimo y el tránsito intestinal y está determinada por la actividad mioeléctrica de las
capas musculares intestinales. Dicha actividad también se le denomina
electroenterograma (EEnG). La señal mioeléctrica es el resultado de una componente
de baja frecuencia que en condiciones fisiológicas está siempre presente llamada onda
lenta (OL) o ritmo eléctrico básico (BER) que constituye el marcapasos intestinal; y una
componente de alta frecuencia llamada spike bursts o potenciales rápidos de acción
que está asociada a las contracciones intestinales. El análisis del EEnG es un paso
clave para monitorizar la actividad intestinal. El estudio del BER intestinal no sólo
proporciona información acerca del ritmo básico de las contracciones del intestino, sino
que puede ayudar a diagnosticar algunas patologías gastrointestinales. Para ofrecer
esta herramienta como aplicación clínica, el registro de la señal del EEnG debe ser no
invasivo.
El objetivo de la presente Tesis Doctoral es detectar la actividad del marcapasos
intestinal y caracterizar el ritmo eléctrico básico en el EEnG externo, comparándolo y
estudiando su relación con el EEnG interno. Las señales analizadas fueron obtenidas
simultáneamente en la superficie abdominal y en la serosa intestinal de perros Beagle
en estado de ayuno. Los métodos de estimación autoregresivo (AR), autoregresivo de
media móvil (ARMA), Prony y clasificación de señales múltiples (MUSIC), se
emplearon para determinar la distribución espectral de potencia asociada a la actividad
de la onda lenta, tanto en los registros internos como externos. Por otro lado, para
estudiar la relación entre el espectro de la señal captada en superficie y las señales
internas, se estimaron las funciones de coherencia utilizando los modelos
autoregresivo multivariante (ARM) y MUSIC. / Moreno Vázquez, JDJ. (2011). Estudio espectral del ritmo eléctrico básico del intestino delgado para la monitorización no invasiva del marcapasos intestinal [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14276
|
139 |
Diseño de lenguas electrónicas potenciométricas construidas con electrodos metálicos y con tecnología de capa gruesa para análisis de medios complejosGil Sánchez, Luís 29 January 2020 (has links)
[EN] In the present doctoral thesis electronic systems of measurement have been
developed. As element sensor, they include multiple electrodes of nature
electrochemical. Each of the electrodes possesses a not specific sensibility to some of
the parameters or chemical compounds of the sample to analyzing. The set of electrodes
contribute a series of signs that are analyzed of joint form, this way conclusions of
interest are obtained, normally the discrimination of complex samples or the
quantification of some of their components. This type of measurement systems is
denominated electronic tongues.
The systems of measurement developed use sensors of type potentiometric and are
constructed by pastes of thick film technology, and also by simple metallic electrodes in
pure state. With this method, devices with characteristics of construction simplicity,
mechanical robustness, easy handling and low cost are obtained. With the data obtained
pattern recognition techniques are applied, such as, Principal Components Analysis
(PCA), artificial neuronal networks, predictive techniques (PLS), etc.
Several types of applications are developed, first with samples of strong ionic
character as they are the natural waters. This way, an analysis of several types of
packaged and urban provision waters is made, reaching a good discrimination of the
samples by means of analysis PCA. By means of techniques PLS (Partial Least Square)
the concentration of present ions in those waters is predicted. The experiences with
acuosus dissolutions continue with artificial dissolutions to obtain the discrimination
according to the type of anion or cation, concluding that is easier the discrimination of
dissolutions with different anion that with different cation, as much in pure as in
complex dissolutions.
The experiences continue with liquid samples but of more complex nature as it is
the wine. This type of samples facilitates to be analyzed by systems of electronic tongue
because they are formed by a great amount of components, some in elevated proportion
as it is the water and the alcohol, but others in small proportion and that are those that
provide the organoleptic characteristics of the wine. The experiences are made first on
artificial samples with some chemical characteristics similar to the wine and later with
real wines of different type and tonality. A good discrimination of the different samples are obtained. But the most remarkable newness of the analyses with wine is the
development of a system of detection of volatile by means of potentiometric sensors,
from this form, a system of humid electronic nose is obtained. / [ES] En la presente tesis doctoral se desarrollan sistemas electrónicos de medida que
tienen como elemento sensor múltiples electrodos de naturaleza electroquímica. Cada
uno de los electrodos posee una sensibilidad no específica ante algunos de los
parámetros o compuestos químicos de las muestras a analizar. El conjunto de electrodos
aportan una serie de señales que se analizan de forma conjunta, para así obtener
conclusiones de interés, normalmente en la discriminación de muestras complejas o la
cuantificación de algunos de sus componentes. A este tipo de sistemas de medida se le
denominan lenguas electrónicas.
Los sistemas de medida desarrollados utilizan sensores de tipo potenciométrico y
están construidos con pastas de la tecnología de capa gruesa (Thick-Film), y también por
electrodos metálicos simples en estado puro. Con este método se consiguen dispositivos
con características de sencillez de construcción, robustez mecánica, fácil manejo y bajo
costo. Con las señales obtenidas se aplican técnicas de reconocimiento de patrones,
como son el Análisis de Componentes Principales (PCA), redes neuronales artificiales,
técnicas predictivas como PLS, etc.
Se desarrollan varios tipos de aplicaciones, la primera con muestras de fuerte
carácter iónico como son las aguas naturales. De esta forma, se realiza un análisis de
varios tipos de aguas envasadas y de suministro urbano, alcanzando una buena
discriminación de las muestras por medio de análisis PCA. Por medio de técnicas PLS
(Partial Least Square) se predice la concentración de los iones presentes en esas aguas.
Las experiencias con disoluciones acuosas continúan con disoluciones artificiales para
lograr la discriminación de dichas disoluciones según el tipo de anión o de catión,
concluyendo que es más fácil la discriminación de las disoluciones con distintos anión
que con distinto catión, tanto en disoluciones puras como en compuestas.
Las experiencias siguen con muestras líquidas pero de naturaleza más compleja
como es el vino. Este tipo de muestras facilita ser analizadas por sistemas de lenguas
electrónicas porque están formados por una gran cantidad de componentes, algunos en
proporción elevada como es el agua y el alcohol, pero otros en pequeña proporción que
son los que proporcionan las características organolépticas del vino. Las experiencias se
realizan primero sobre muestras artificiales con algunas características químicas
similares al vino y posteriormente con vinos reales de distinto tipo y tonalidad,
consiguen una buena discriminación de las diferentes muestras. Pero la novedad más
destacable de los análisis con vino es el desarrollo de un sistema de detección de
volátiles por medio de sensores potenciométricos, de esta forma se obtiene un sistema
de nariz electrónica húmeda.
En el tercer tipo de experiencias se utilizan muestras de alimentos sólidos pero con
gran proporción de agua, como son la carne y el pescado. En el caso del pescado, se
realiza múltiples experiencias con varios tipos de electrodos metálicos y se comprueba
que los que ofrecen un mejor resultado son los electrodos de oro y de plata, en ambos
casos con un comportamiento bastante repetitivo. Aprovechando estos fenómenos se
realizan una serie de análisis con redes neuronales para al final obtener un sistema que
ofrece un análisis cualitativo que permite determinar la conservación del pescado en tres
posibles estados: Apto, Dudoso y no Apto. Este análisis se acompaña con experiencias
de bioquímicas y microbianas para así correlacionar con las medidas potenciométricas.
El último tipo de experiencias es el análisis de lomo de cerdo. Por un lado, también
se realizan experiencias para determinar si un sistema multielectrodo formado por
múltiples metales es capaz de detectar el deterioro de la carne con el paso del tiempo.
Un segundo tipo de análisis consiste en lograr una discriminación de diversas piezas d e
lomo curado de cerdo. Estas piezas se diferencian entre si por la distinta composición de
sales, tanto de NaCl que es el más habitual en el consumo, como KCl, y CaCl2.
Por lo tanto, el desarrollo de los sistemas de lengua y nariz electrónica que se
presente en esta memoria puede mejorar el control de calidad de las muestras
analizadas, con buenas perspectivas de aplicación en múltiples campos económicos,
sobretodo en la industria alimentaria. / [CA] En la present tesi doctoral es desenvolupen sistemes electrònics de mesura que
tenen com element sensor múltiples elèctrodes de naturalesa electroquímica. Cadascun
dels elèctrodes posseïx una sensibilitat no específica davant alguns dels paràmetres o
compostos químics de la mostra a analitzar. El conjunt d'elèctrodes aporten una sèrie de
senyals que s'analitzen de forma conjunta, per a així obtenir conclusions d'interès,
normalment en la discriminació de mostres complexes o la quantificació d'alguns dels
seus components. A aquest tipus de sistemes de mesura se li denominen llengües
electròniques.
Els sistemes de mesura desenvolupats utilitzen sensors de tipus potenciomètric i
estan construïts amb pastes de la tecnologia de capa gruixuda (Thick-Fim), i també per
elèctrodes metàl·lics simples en estat pur. Amb aquest mètode s'assoleixen dispositius
amb característiques de senzillesa de construcció, robustesa mecànica, fàcil maneig i
reduït cost. Amb els senyals obtinguts s'apliquen tècniques de reconeixement de
patrons, com són l'Anàlisi de Components Principals (PCA), xarxes neuronals
artificials, tècniques predictives com PLS, etc.
Es desenvolupen diversos tipus d'aplicacions, la primera amb mostres de fort
caràcter iònic com són les aigües naturals. D'aquesta forma, es realitza una anàlisi de
diversos tipus d'aigües envasades i de subministrament urbà, arribant a una bona
discriminació de les mostres per mitjà d'anàlisi PCA. Amb tècniques PLS (Partial Least
Square) es prediu la concentració dels ions presents en aquestes aigües. Les
experiències amb dissolucions aquoses continuan amb dissolucions artificials per a
assolir la discriminació d'aquestes dissolucions segons el tipus d'anió o de catió,
concloent que és més fàcil la discriminació de les dissolucions amb diferents anió que
amb diferent catió, tant en dissolucions pures com en compostes.
Les experiències segueixen amb mostres líquides però de naturalesa més complexa
com és el vi. Aquest tipus de mostres es presta a ser analitzades per sistemes de llengües
electròniques perquè estan formats per una gran quantitat de components, alguns en
proporció elevada com és l'aigua i l'alcohol, però altres en petita proporció que són els
quals proporcionen les característiques organolépticas del vi. Les experiències es
realitzen primer sobre mostres artificials amb algunes característiques químiques
similars al vi i posteriorment amb vins reals de diferent tipus i tonalitat, aconsegueixen
una bona discriminació de les diferents postres. Però la novetat més destacable de les
anàlisis amb vi és el desenvolupament d'un sistema de detecció de volàtils per mitjà de
sensors potenciomètrics, d'aquesta forma s'obté un sistema de nas electrònic humida.
En el tercer tipus d'experiències s'utilitzen mostres d'aliments sòlids però amb gran
proporció d'aigua, com són la carn i el peix. En el cas del peix es realitza múltiples
experiències amb diversos tipus d'elèctrodes metàl·lics i es comprova que els quals
oferixen un millor resultats són els elèctrodes d'or i de plata. En ambdós casos tenien un
comportament bastant repetitiu. Aprofitant aquests fenòmens es realitzen una sèrie
d'anàlisi amb xarxes neuronals per al final obtenir un sistema que oferix una anàlisi
qualitativa que permet determinar la conservació del peix en tres possibles estats: Apte,
Dubtós i no Apte. Aquesta anàlisi s'acompanya amb experiències de bioquímicques i
microbianes per a així correlacionar amb les mesures potenciomètrics.
L'últim tipus d'experiències és l'anàlisi de llom de porc. D'una banda, també es
realitzen experiències per a determinar si un sistema multielèctrode format per múltiples
metalls és capaç de detectar la deterioració de la carn amb el pas del temps. Un segon
tipus d'anàlisi consisteix a assolir una discriminació de diverses peces de llom guarit de
porc. Aquestes peces es diferencien entre si per la diferent composició de sals, tant de
NaCl que és el més habitual en el consum, com KCl, i CaCl2.
Per tant, el desenvolupament dels sistemes de llengua i nas electrònic que es
presenti en aquesta memòria pot millorar el control de qualitat de les mostres
analitzades, amb bones perspectives d'aplicació en múltiples camps econòmics,
fonamentalment a la indústria alimentària. / Gil Sánchez, L. (2007). Diseño de lenguas electrónicas potenciométricas construidas con electrodos metálicos y con tecnología de capa gruesa para análisis de medios complejos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135954 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales
|
140 |
Tactile and Touchless Sensors Printed on Flexible Textile Substrates for Gesture RecognitionFerri Pascual, Josué 23 October 2020 (has links)
Tesis por compendio / [EN] The main objective of this thesis is the development of new sensors and actuators using Printed Electronics technology. For this, conductive, semiconductor and dielectric polymeric materials are used on flexible and/or elastic substrates. By means of suitable designs and application processes, it is possible to manufacture sensors capable of interacting with the environment. In this way, specific sensing functionalities can be incorporated into the substrates, such as textile fabrics. Additionally, it is necessary to include electronic systems capable of processing the data obtained, as well as its registration. In the development of these sensors and actuators, the physical properties of the different materials are precisely combined. For this, multilayer structures are designed where the properties of some materials interact with those of others. The result is a sensor capable of capturing physical variations of the environment, and convert them into signals that can be processed, and finally transformed into data.
On the one hand, a tactile sensor printed on textile substrate for 2D gesture recognition was developed. This sensor consists of a matrix composed of small capacitive sensors based on a capacitor type structure. These sensors were designed in such a way that, if a finger or other object with capacitive properties, gets close enough, its behaviour varies, and it can be measured. The small sensors are arranged in this matrix as in a grid. Each sensor has a position that is determined by a row and a column. The capacity of each small sensor is periodically measured in order to assess whether significant variations have been produced. For this, it is necessary to convert the sensor capacity into a value that is subsequently digitally processed.
On the other hand, to improve the effectiveness in the use of the developed 2D touch sensors, the way of incorporating an actuator system was studied. Thereby, the user receives feedback that the order or action was recognized. To achieve this, the capacitive sensor grid was complemented with an electroluminescent screen printed as well. The final prototype offers a solution that combines a 2D tactile sensor with an electroluminescent actuator on a printed textile substrate.
Next, the development of a 3D gesture sensor was carried out using a combination of sensors also printed on textile substrate. In this type of 3D sensor, a signal is sent generating an electric field on the sensors. This is done using a transmission electrode located very close to them. The generated field is received by the reception sensors and converted to electrical signals. For this, the sensors are based on electrodes that act as receivers. If a person places their hands within the emission area, a disturbance of the electric field lines is created. This is due to the deviation of the lines to ground using the intrinsic conductivity of the human body. This disturbance affects the signals received by the electrodes. Variations captured by all electrodes are processed together and can determine the position and movement of the hand on the sensor surface.
Finally, the development of an improved 3D gesture sensor was carried out. As in the previous development, the sensor allows contactless gesture detection, but increasing the detection range. In addition to printed electronic technology, two other textile manufacturing technologies were evaluated. / [ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo fundamental el desarrollo de nuevos sensores y actuadores empleando la tecnología electrónica impresa, también conocida como Printed Electronics. Para ello, se emplean materiales poliméricos conductores, semiconductores y dieléctricos sobre sustratos flexibles y/o elásticos. Por medio de diseños y procesos de aplicación adecuados, es posible fabricar sensores capaces de interactuar con el entorno. De este modo, se pueden incorporar a los sustratos, como puedan ser tejidos textiles, funcionalidades específicas de medición del entorno y de respuesta ante cambios de este. Adicionalmente, es necesario incluir sistemas electrónicos, capaces de realizar el procesado de los datos obtenidos, así como de su registro. En el desarrollo de estos sensores y actuadores se combinan las propiedades físicas de los diferentes materiales de forma precisa. Para ello, se diseñan estructuras multicapa donde las propiedades de unos materiales interaccionan con las de los demás. El resultado es un sensor capaz de captar variaciones físicas del entorno, y convertirlas en señales que pueden ser procesadas y transformadas finalmente en datos.
Por una parte, se ha desarrollado un sensor táctil impreso sobre sustrato textil para reconocimiento de gestos en 2D. Este sensor se compone de una matriz formada por pequeños sensores capacitivos basados en estructura de tipo condensador. Estos se han diseñado de forma que, si un dedo u otro objeto con propiedades capacitivas se aproxima suficientemente, su comportamiento varía, pudiendo ser medido. Los pequeños sensores están ordenados en dicha matriz como en una cuadrícula. Cada sensor tiene una posición que viene determinada por una fila y por una columna. Periódicamente se mide la capacidad de cada pequeño sensor con el fin de evaluar si ha sufrido variaciones significativas. Para ello es necesario convertir la capacidad del sensor en un valor que posteriormente es procesado digitalmente.
Por otro lado, con el fin de mejorar la efectividad en el uso de los sensores táctiles 2D desarrollados, se ha estudiado el modo de incorporar un sistema actuador. De esta forma, el usuario recibe una retroalimentación indicando que la orden o acción ha sido reconocida. Para ello, se ha complementado la matriz de sensores capacitivos con una pantalla electroluminiscente también impresa. El resultado final ofrece una solución que combina un sensor táctil 2D con un actuador electroluminiscente realizado mediante impresión electrónica sobre sustrato textil.
Posteriormente, se ha llevado a cabo el desarrollo de un sensor de gestos 3D empleando una combinación de sensores impresos también sobre sustrato textil. En este tipo de sensor 3D, se envía una señal que genera un campo eléctrico sobre los sensores impresos. Esto se lleva a cabo mediante un electrodo de transmisión situado muy cerca de ellos. El campo generado es recibido por los sensores y convertido a señales eléctricas. Para ello, los sensores se basan en electrodos que actúan de receptores. Si una persona coloca su mano dentro del área de emisión, se crea una perturbación de las líneas de los campos eléctricos. Esto es debido a la desviación de las líneas de campo a tierra utilizando la conductividad intrínseca del cuerpo humano. Esta perturbación cambia/afecta a las señales recibidas por los electrodos. Las variaciones captadas por todos los electrodos son procesadas de forma conjunta pudiendo determinar la posición y el movimiento de la mano sobre la superficie del sensor.
Finalmente, se ha llevado a cabo el desarrollo de un sensor de gestos 3D mejorado. Al igual que el desarrollo anterior, permite la detección de gestos sin necesidad de contacto, pero incrementando la distancia de alcance. Además de la tecnología de impresión electrónica, se ha evaluado el empleo de otras dos tecnologías de fabricación textil. / [CA] La present tesi doctoral té com a objectiu fonamental el desenvolupament de nous sensors i actuadors fent servir la tecnologia de electrònica impresa, també coneguda com Printed Electronics. Es va fer us de materials polimèrics conductors, semiconductors i dielèctrics sobre substrats flexibles i/o elàstics. Per mitjà de dissenys i processos d'aplicació adequats, és possible fabricar sensors capaços d'interactuar amb l'entorn. D'aquesta manera, es poden incorporar als substrats, com ara teixits tèxtils, funcionalitats específiques de mesurament de l'entorn i de resposta davant canvis d'aquest. Addicionalment, és necessari incloure sistemes electrònics, capaços de realitzar el processament de les dades obtingudes, així com del seu registre. En el desenvolupament d'aquests sensors i actuadors es combinen les propietats físiques dels diferents materials de forma precisa. Cal dissenyar estructures multicapa on les propietats d'uns materials interaccionen amb les de la resta. manera El resultat es un sensor capaç de captar variacions físiques de l'entorn, i convertirles en senyals que poden ser processades i convertides en dades. D'una banda, s'ha desenvolupat un sensor tàctil imprès sobre substrat tèxtil per a reconeixement de gestos en 2D. Aquest sensor es compon d'una matriu formada amb petits sensors capacitius basats en una estructura de tipus condensador. Aquests s'han dissenyat de manera que, si un dit o un altre objecte amb propietats capacitives s'aproxima prou, el seu comportament varia, podent ser mesurat. Els petits sensors estan ordenats en aquesta matriu com en una quadrícula. Cada sensor té una posició que ve determinada per una fila i per una columna. Periòdicament es mesura la capacitat de cada petit sensor per tal d'avaluar si ha sofert variacions significatives. Per a això cal convertir la capacitat del sensor a un valor que posteriorment és processat digitalment. D'altra banda, per tal de millorar l'efectivitat en l'ús dels sensors tàctils 2D desenvolupats, s'ha estudiat la manera d'incorporar un sistema actuador. D'aquesta forma, l'usuari rep una retroalimentació indicant que l'ordre o acció ha estat reconeguda. Per a això, s'ha complementat la matriu de sensors capacitius amb una pantalla electroluminescent també impresa. El resultat final ofereix una solució que combina un sensor tàctil 2D amb un actuador electroluminescent realitzat mitjançant impressió electrònica sobre substrat tèxtil. Posteriorment, s'ha dut a terme el desenvolupament d'un sensor de gestos 3D emprant una combinació d'un mínim de sensors impresos també sobre substrat tèxtil. En aquest tipus de sensor 3D, s'envia un senyal que genera un camp elèctric sobre els sensors impresos. Això es porta a terme mitjançant un elèctrode de transmissió situat molt a proper a ells. El camp generat és rebut pels sensors i convertit a senyals elèctrics. Per això, els sensors es basen en elèctrodes que actuen de receptors. Si una persona col·loca la seva mà dins de l'àrea d'emissió, es crea una pertorbació de les línies dels camps elèctrics. Això és a causa de la desviació de les línies de camp a terra utilitzant la conductivitat intrínseca de el cos humà. Aquesta pertorbació afecta als senyals rebudes pels elèctrodes. Les variacions captades per tots els elèctrodes són processades de manera conjunta per determinar la posició i el moviment de la mà sobre la superfície del sensor. Finalment, s'ha dut a terme el desenvolupament d'un sensor de gestos 3D millorat. A l'igual que el desenvolupament anterior, permet la detecció de gestos sense necessitat de contacte, però incrementant la distància d'abast. A més a més de la tecnologia d'impressió electrònica, s'ha avaluat emprar altres dues tecnologies de fabricació tèxtil. / Ferri Pascual, J. (2020). Tactile and Touchless Sensors Printed on Flexible Textile Substrates for Gesture Recognition [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153075 / Compendio
|
Page generated in 0.0285 seconds