Tese de mestrado. Engenharia Biomédica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Es bien conocida la importancia de la señal electrocardiográfica para el diagnóstico de multitud de enfermedades cardiacas, tanto mediante inspección visual como mediante técnicas actuales de inspección automática. Como en cualquier otra señal, la cantidad de información extraída y la calidad de la misma dependerán de propiedades tales como relación señal-ruido, resolución del conversor analógico-digital, frecuencia de muestreo, etc. Por esta razón, es de gran importancia que la señal ofrezca una `calidad' adecuada, máxime cuando el diagnóstico de ciertas enfermedades cardiovasculares graves depende de ello. La reducción del ruido en el electrocardiograma (ECG) ha sido uno de los temas más abordados en la bibliografía sobre procesado de señal de ECG. Han sido y son muy diversas las maneras de afrontar el problema y no existe un único método de aplicación universal a todas las fuentes de ruido y todos los casos. En esta tesis doctoral se han estudiado las principales fuentes de ruido que aparecen en el registro del ECG. Algunas de éstas pueden minimizarse en la fase de adquisición de la señal prestando un especial cuidado a ciertas normas o reglas. Sin embargo, otras, como el ruido muscular, o la deriva de la línea base y artefactos, no pueden eliminarse o reducirse al máximo en la fase de adquisición y se hacen necesarias técnicas de procesado de señal a posteriori para su reducción a un nivel aceptable. Una de las primeras opciones es el filtrado de la señal, mediante filtros lineales o no lineales que maximicen la relación señal a ruido como, por ejemplo, el filtro de Wiener. Cuando el espectro de la señal de interés y el ruido se solapan, las técnicas de filtrado dejan de ser eficaces. En ese caso, otra de las técnicas comunes que se aplican es el promediado de señal. Su utilización resulta eficaz siempre y cuando la señal y el ruido a reducir cumplan ciertas condiciones. El filtrado adaptativo ha sido otra de las técnicas que han obtenido resultados aceptables e / Mateo Sotos, J. (2012). APLICACIÓN DE REDES NEURONALES ARTIFICIALES EN EL PROCESADO VERSÁTIL DE SEÑALES ELECTROCARDIOGRÁFICAS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17530 / Palancia

L'estudi del senyal electrocardiogràfic (ECG) obtingut mitjançant elèctrodes de superfície és una prova mèdica freqüent que té una gran significació en el diagnòstic de l'activitat cardíaca. Des de la incorporació dels ordinadors als equips d'obtenció i enregistrament de l'ECG, que va provocar un gran impacte en la tecnologia i disseny d'aquests equips, l'anàlisi automàtica del senyal electrocardiogràfic ha estat un problema abordable. Cal precisar, però, que l'anàlisi assistit per computadora de l'ECG convencional no aporta per se nova informació per al diagnòstic respecte a l'observada directament per un cardiòleg.L'Electrocardiografia d'alta resolució (ECGAR) és un camp de recerca recent. Consisteix en la detecció i quantificació de potencials cardíacs de baixa amplitud, que no es poden captar amb els procediments de l'ECG convencional. L'ECGRA requereix el desenvolupament de tècniques de processat digital en el domini temporal i la realització de programes que permetin l'obtenció automàtica de l'activitat cardíaca de baixa amplitud. A més a més cal, per captar el senyal, la utilització d'una instrumentació biomèdica molt superior en prestacions a l'emprada habitualment. Els treballs presentats fins ara efectuen l'estimació dels potencials cardíacs vinculats a les ones d'amplitud més gran dins l'electrocardiograma. La majoria de les realitzacions existents són només aplicables a les ones d'elevada relació senyal-soroll. Aquesta restricció del problema no ha evitat certes deficiències en la qualitat de les estimacions obtingudes. Així s'ha arribat a una baixa coincidència de resultats en certs estudis mèdics comparatitus. Les contribucions existents en aquest tema s'han pres com a referència i punt de partida d'aquesta tesi. El treball presentat en aquesta tesi és una aportació en el camp del processat digital de senyals electrocardiogràfics, emmarcat especialment en l'ECG d'alta resolució. En el primer capítol es fa una descripció detallada del problema, presentant les característiques del senyal i la metodologia per a la seva obtenció. En aquest sentit s'ha proposat i desenvolupat una estructura modular del sistema de processat, on s'han fet contribucions tant en els mètodes emprats com en l'aplicació. En el segon capítol es presenta el tractament de l'ECG d'alta resolució com un problema en el camp dels processos aleatoris. Es descriu la tècnica emprada per a l'estimació dels potencials cardíacs, modelats com la part determinista del procés. Segons aquest enfocament es proposa una estructura del sistema de processat per a l'anàlisi del senyal, que ve desenvolupada en els posteriors capítols. El tercer capítol està dedicat a la detecció d'ones dins del senyal ECG, malgrat les seves variacions al llarg del temps i la contaminació per soroll d'origen biològic o extern. S'ha desenvolupat un sistema de detecció particularitzat per als complexos QRS, que són el conjunt d'ones associades a l'activitat de la contracció ventricular de cada batec cardíac. El sistema proposat s'ha mostrat molt robust, detectant les ones en tot tipus de situacions. Es puntualitzen les aportacions per a aquest detector, tant en el disseny com en l'aplicació. La seva contribució resulta molt útil per a les posteriors etapes de processat.En el quart capítol es presenten uns mètodes d'alineament de senyals orientats al cas dels ECG. En principi es fa una descripció general del problema, descrivint tot seguit els mètodes proposats amb un enfocament original. A continuació s'efectua un estudi de les prestacions d'aquests mètodes en simulació, així com aplicats a senyals reals. Finalment es descriuen els criteris d'aplicabilitat en situacions reals, comprovant el bon funcionament fins i tot per a senyals de baixa relació senyal-soroll. El cinquè capítol està específicament orientat al processat de l'ECG d'alta resolució. Es presenta la metodologia seguida, que també inclou les etapes proposades i descrites en capítols anteriors. A continuació es mostra l'aplicació d'aquestes tècniques a l'obtenció de potencials cardíacs de gran interès mèdic, com són els potencials ventriculars tardans, o diferents potencials vinculats a altres ones de l'ECG. L'aplicació dels mètodes i les etapes de processat presentades per a l'obtenció i tractament de l'ECG d'alta resolució han permès la recuperació de potencials cardíacs de forma fiable, tot i aplicant-lo a senyals de baixa relació senyal-soroll.

This thesis describes the design guidelines from two medical teams, electrocardiogram and pulse oximetry using embedded logic circuitry such as FPGA and microcontrollers, digital filters used to filter the signals obtained from analog converters to digital, graphic obtaining the data is displayed in a graphic display GLCD, and has an interface to send data to a PC through a port USB 2 at full speed. The digital filters used are FIR filters, these filters are chosen to be linear and time invariant, developed with 40 coefficients FIR filters, these filters were implemented in the FPGA, use a FPGA that has implemented only 20 multipliers For the implementation we used the VHDL language and algorithmic state machines in order to control the 20 boxes and get the 40 products. Filtered data in the stage of the FPGA, are taken to a microcontroller that is responsible for managing the data, can lead to a graphic display GLCD, and so we can see the signal and obtained values or you can send the data to a PC right through USB port and software right through it can see the graphics on the PC.

Eteriniai aliejai plačiai naudojami aromaterapijoje, kosmetologijoje, farmacijoje bei parfumerijoje. Nors plačiai kalbama apie eterinių aliejų įtaką žmogui ir jų panaudojimą, tačiau moksliniais tyrimais patvirtintų duomenų apie jų poveikį nėra daug. Šio magistrinio darbo tikslas - ištirti levandų eterinių aliejų poveikį kognityvinėms funkcijoms ir širdies ritmui. Eksperimentai buvo atliekami su 19-25 metų amžiaus vyrais ir moterimis. Moterys buvo tiriamos folikulinės, ovuliacinės, geltonkūnio ir vėlyvosios geltonkūnio mėnesinių ciklo fazių metu, o vyrai – vieno eksperimento metu kvėpavo levandų eteriniu aliejumi, kito – vandeniu. Kiekvieno eksperimento metu prieš ir po kvėpavimo levandų eteriniu aliejumi buvo atliekami kognityviniai (trumpalaikės regimosios atminties, dėmesio ir reakcijos laiko) testai bei nenutrūkstamai registruojama elektrokardiograma. Naudojant Eysenck‘o testą buvo įvertintas tiriamųjų intraversijos - ekstraversijos ir neurotiškumo - emocinio stabilumo asmenybės bruožų išreikštumas. Gauta, kad: 1. Neskirstant tiriamųjų į grupes negautas reikšmingas kvėpavimo levandų eteriniu aliejumi poveikis reakcijos laikui, trumpalaikei regimajai atminčiai, dėmesio parametrams – protino produktyvumo koeficientui, regimosios informacijos apimčiai, informacijos apdorojimo greičiui bei širdies ritmui. 2. Dėmesio tikslumo koeficientas po kvėpavimo eteriniu aliejumi statistiškai patikimai geresnis nei prieš kvėpavimą, kai tiriamieji neskirstomi į grupes. Vyrams šis... [toliau žr. visą tekstą] / Essential oils are mostly used in aromatherapy, cosmetics, pharmacology and in perfumes industry. Though there are wide discussions about influence of essential oils on the human organism, there are not many scientific studies on the influence of these oils and mechanisms of their action. The main purpose of Master thesis is to investigate influence of lavender essential oil on cognitive functions and heart rate. The experiments were conducted with 19 -25 years old males and females. Women were examined in the follicular, ovulation, luteal and late luteal phases of menstrual cycle. Men were examined twice – with essential oil and water (as control). During every experiment before and after inhalation of the lavender essential oil cognitive tests (short-term memory, attention and reaction time) were performed and electrocardiogram was continuously recorded. The personality traits were identified using Eysenck test and subjects were categorized as introvert-extravert and neurotic-emotionally stabile. The main findings are as follows: 1. There was no statistically significant effect of lavender essential oil on reaction time, short term memory, parameters of attention - coefficient of mental productivity, capacity of visual information, velocity of information processing and heart rate when subjects were not subdivided into groups. 2. Coefficient of accuracy increased statistically significantly after breathing with lavender essential oil when subjects were not subdivided into... [to full text]

Submitted by Raniere Barreto (raniere.barros@ufvjm.edu.br) on 2018-04-13T17:44:56Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) wallinson_oliveira_schutte.pdf: 2955879 bytes, checksum: 7d21ec1707fa5cf82b0b96642d27fa03 (MD5) / Rejected by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br), reason: Verificar refer?ncia e keywords. on 2018-04-20T15:00:26Z (GMT) / Submitted by Raniere Barreto (raniere.barros@ufvjm.edu.br) on 2018-05-15T18:16:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) wallinson_oliveira_schutte.pdf: 2955879 bytes, checksum: 7d21ec1707fa5cf82b0b96642d27fa03 (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2018-05-15T19:38:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) wallinson_oliveira_schutte.pdf: 2955879 bytes, checksum: 7d21ec1707fa5cf82b0b96642d27fa03 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-15T19:38:43Z (GMT). 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Na V5, foi obtido Sensibilidade de 100%, Especificidade de 97%, Valor Preditivo Positivo de 95.89% e Valor Preditivo Negativo de 100% e, na A-S, valores de 99.22%, 99.99%, 99.99% e 99.61% para Sensibilidade, Especificidade, Valor Preditivo Positivo e Valor Preditivo Negativo. O algoritmo de Redes Neurais Artificiais apresentou o melhor resultado para deriva??o A-S com 99.98%, 100%, 100% e 99.99% para Sensibilidade, Especificidade, Valor Preditivo Positivo e Valor Preditivo Negativo respectivamente. Tamb?m foi calculado o intervalo de confian?a para propor??es populacionais com 95% de confian?a, a fim de se estabelecer n?veis de precis?o das bases utilizadas. / Disserta??o (Mestrado Profissional) ? Programa de P?s-Gradua??o em Tecnologia, Sa?de e Sociedade, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2017. / The present study proposes the development of two tools to classify heart beats in order to detect cardiac ischemia. One based on properties of Normal Distribution and Bayes' Theorem and the other based on Artificial Neural Networks. Using the Long-Term ST Database, a data filter was performed, which was grouped by the following derivations: A-S, E-S, A-I, ML2, MV2, ML3 and V4, V5. By means of the algorithms proposed, implemented through the PHP Programming Language, we could verify the most favorable derivation to detect this disease. It was possible to observe the V5 and A-S leads with better results using the hybrid algorithm. In V5, 100% sensitivity, 97% specificity, 95.89% positive predictive value and 100% negative predictive value were obtained, and in A-S, values of 99.22%, 99.99%, 99.99% and 99.61% for sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value. The algorithm of Artificial Neural Networks presented the best result for A-S derivation with 99.98%, 100%, 100% and 99.99% for sensitivity, specificity, positive predictive value and negative predictive value respectively. We also calculated the confidence interval for population proportions with 95% confidence in order to establish precision levels of the bases used. / El presente estudio propone el desarrollo de dos herramientas para la clasificaci?n de los latidos del coraz?n con el fin de detectar la isquemia card?aca. Uno basado en las propiedades de la Distribuci?n Normal y el Teorema de Bayes y el otro basado en las Redes Neuronales Artificiales. Utilizando la base de datos Long-Term ST Database, se llev? a cabo un filtro de datos, que fueron agrupados seg?n las siguientes derivaciones: a-S, E, S, A-I, ML2, MV2, ML3, V4 y V5. Por medio de los algoritmos propuestos, implementado a trav?s del lenguaje de programaci?n PHP, pudimos comprobar la derivaci?n m?s favorable para detectar esta enfermedad. Fue posible observar las derivaciones V5 y A-S con mejores resultados utilizando el algoritmo h?brido. En V5 se obtuvo una sensibilidad del 100%, uma especificidad del 97%, 95.89% de valor predictivo positivo y 100% de valor predictivo negativo y en A-S, valores de 99.22%, 99.99%, 99.99% y 99.61% para la sensibilidad, especificidad, valor predictivo positivo, y valor predictivo negativo respectivamente. El algoritmo de Redes Neuronales Artificiales present? el mejor resultado para la derivaci?n A-S con 99.98%, 100%, 100% y 99.99% para la sensibilidad, especificidad, valor predictivo positivo y valor predictivo negativo, respectivamente. Tambi?n fue calculado el intervalo de confianza para proporciones de las poblaciones con 95% de confianza con el fin de establecer los niveles de confianza precisi?n de las bases utilizadas

[EN] Emotional regulation strategies determine the way in which people feel, express and regulate their emotions. These regulation strategies affect all aspects of life. Currently, numerous scientific studies indicate the role that these regulation strategies play in the development and maintenance of adaptive and healthy behavior. On the other hand, deficiencies or deficits in emotional regulation are considered to be relevant factors in the origin and maintenance of numerous behavioral and emotional disorders. There are different instruments that have been traditionally used to train and evaluate emotional regulation capabilities. They are usually based on subjective questionnaires. Although these questionnaires have proven to be useful, they present some limitations that make them little suitable for certain groups who are especially reluctant to be assessed, such as adolescents. Currently, new systems based on man-machine interfaces, such as virtual reality and physiological sensors, are starting to be used for training emotional regulation strategies. The purpose of the research reported in this thesis is to address the issues related to the instruments used to train and evaluate the emotional regulation strategies. Specifically, the aim of this work is to study the combined use of virtual reality and serious games with non-invasive physiological monitoring in the emotional regulation field in adolescent population. For this reason, this document shows the results obtained from three studies, with three different virtual environments where participant were able to train different emotional regulation strategies while their cardiac signal or brain activation were recorded. The aim of this thesis is to make a contribution to the emotional regulation field providing a new research framework through the use of new technologies, such as virtual reality, and through more objective assessment instruments such as physiological signals. / [ES] Las estrategias de regulación emocional determinan la forma en que las personas sienten, expresan y regulan sus emociones. Estas estrategias influyen prácticamente en todos los aspectos de la vida. En la actualidad existen numerosas investigaciones que destacan el papel que juegan estas estrategias de regulación emocional en el desarrollo y el mantenimiento de una conducta sana y adaptativa. Por el contrario, carencias o déficits en dichas estrategias de regulación pueden ser consideradas como un factor relevante en el origen y mantenimiento de numerosos trastornos emocionales y de comportamiento. Existen diversos instrumentos que se han utilizado tradicionalmente para evaluar las capacidades de regulación emocional y que están basados en cuestionarios subjetivos. Estos cuestionarios, aunque son muy útiles y prácticos, presentan algunas limitaciones que los hacen poco apropiados, sobre todo para ciertos colectivos que son especialmente reacios a ser evaluados, como podrían ser los adolescentes. Actualmente están empezando a usarse nuevos sistemas basados en tecnologías hombre-máquina, como pueden ser la realidad virtual y los sensores fisiológicos, para el entrenamiento de las estrategias de regulación emocional. La investigación presentada en esta tesis tiene como propósito abordar los aspectos relacionados con los instrumentos utilizados en el entrenamiento y en la evaluación de las estrategias de regulación emocional. Concretamente, el objetivo del presente trabajo es estudiar el uso combinado de la realidad virtual y los juegos serios con la monitorización fisiológica no invasiva en el campo de la regulación emocional en población adolescente. Para ello se presentan y se detallan los resultados obtenidos de tres estudios realizados, con tres entornos virtuales diferentes, donde los participantes pudieron entrenar diferentes estrategias de regulación emocional mientras se les registraban la señal cardíaca o la activación cerebral. Con la presente Tesis Doctoral se pretende hacer una contribución al campo de la regulación emocional, proporcionando un nuevo marco de investigación a través del uso de nuevas tecnologías como la realidad virtual y a través de instrumentos de evaluación más objetivos, como son las señales fisiológicas. / [CAT] Les estratègies de regulació emocional determinen la manera en què les persones senten, expressen i regulen les seves emocions. Aquestes estratègies influeixen pràcticament en tots els aspectes de la vida. En l'actualitat existeixen nombroses recerques que destaquen el paper que juguen aquestes estratègies de regulació emocional en el desenvolupament i el manteniment d'una conducta sana i adaptativa. Per contra, mancances o dèficits en aquestes estratègies de regulació poden ser considerats com un factor rellevant en l'origen i manteniment de nombrosos trastorns emocionals i de comportament. Existeixen diversos instruments que s'han utilitzat tradicionalment per avaluar les capacitats de regulació emocional i que estan basats en qüestionaris subjectius. Aquests qüestionaris, encara que són molt útils i pràctics, presenten algunes limitacions que els fan poc apropiats, sobretot per a certs col¿lectius que són especialment poc inclinats a ser avaluats, com podrien ser els adolescents. Actualment, estan començant a usar-se nous sistemes basats en tecnologies home-màquina, com pot ser la realitat virtual i els sensors fisiològics, per a l'entrenament de les estratègies de regulació emocional. La investigació presentada en aquesta tesi té com a propòsit abordar els aspectes relacionats amb els instruments utilitzats en l'entrenament i en l'avaluació de les estratègies de regulació emocional. Concretament, l'objectiu del present treball és estudiar l'ús combinat de la realitat virtual i els jocs seriosos amb el monitoratge fisiològic no invasiu en el camp de la regulació emocional en població adolescent. Per a això, es presenten i es detallen els resultats obtinguts de tres estudis realitzats, amb tres entorns virtuals diferents, on els participants van poder entrenar diferents estratègies de regulació emocional mentre se'ls registraven el senyal cardíac o l'activació cerebral. Amb la present Tesi Doctoral es pretén fer una contribució al camp de la regulació emocional, proporcionant un nou marc de investigació a través de l'ús de noves tecnologies com la realitat virtual i a través d'instruments d'avaluació més objectius, com són els senyals fisiològics. / Rodríguez Ortega, A. (2015). Aportaciones de las nuevas tecnologías combinadas con monitorización fisiológica en el campo de la regulación emocional [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/51588 / TESIS

Introduction: Antiretroviral Therapy (ARVT) has been related to some elements of Metabolic Syndrome (MS). Likewise, there exists a high prevalence of alterations on the electrocardiogram (ECG) in people with HIV. Objective: Evaluate the association between MS and alterations in the ECG in HIV patients who received ARVT. Methodology: A consecutive non-randomized cross-sectional study was developed in which patients from the Infectious Disease Service of the Arzobispo Loayza National Hospital were evaluated from January 2019 to April 2020. Survey data, clinical history, clinical examination and a 12-lead ECG were performed to each participant. Alterations in the ECG were classified with the Minnesota code. For SM, NCEP-ATP III 2005 criteria was used. Results: 63 patients were included, the mean age was 38,78 years (SD: 9,23). 25 participants presented electrocardiographic alteration, being 24 minor alterations and 5 major alterations. 27 from the 63 patients (42,9%) had MS. Association was found between MS and ECG alterations in the adjusted model by sex, age, smoking, time with HIV, time with ARVT and use of another medication, with a relative prevalence (RP) value of 2,17 (IC=95% 1,21-3,90) (p=0,009). Conclusion: Although association between the presence of MS and ECG alterations in the HIV population was found, due to the low power of the study, it is recommended to manage the results with caution. / Introducción: La Terapia Antirretroviral de Gran Actividad (TARGA) se ha relacionado con elementos del Síndrome Metabólico (SM). Asimismo, existe una alta prevalencia de alteraciones en el electrocardiograma (ECG) en personas con VIH. Objetivo: Evaluar la asociación entre el SM y las alteraciones en el ECG en pacientes VIH que recibieron TARGA. Metodología: Se desarrolló un estudio transversal con muestreo no aleatorio de tipo consecutivo en el que se evaluó a pacientes del Servicio de Infectología del Hospital Nacional Arzobispo Loayza en el período enero 2019 - abril de 2020. Se incluyeron datos de encuesta, historia clínica, examen clínico y un ECG de 12 derivaciones fue realizado a cada participante. Las alteraciones en el ECG se clasificaron con el código de Minnesota y para SM se utilizaron criterios de NCEP-ATP III 2005. Resultados: Un total de 63 pacientes fueron incluidos, cuya edad media fue 38,78 años (DE: 9,23). Asimismo, 25 (39,68%) participantes presentaron alteraciones electrocardiográficas, obteniendo 24 participantes con alteraciones menores y 5 con mayores. La prevalencia de SM fue de 27 de 63 (42,9%). Se halló asociación entre SM y alteración en el ECG con una prevalencia relativa (PR) de: 2,17 (IC=95% 1,21-3,90) (p=0,009) al ajustar por sexo, edad, tabaquismo, tiempo con VIH, tiempo con TARGA y uso de otra medicación. Conclusión: Aunque se halló asociación entre SM y alteraciones en ECG en población VIH, debido a la baja potencia del estudio se recomienda tomar con cautela estos resultados. / Tesis