CAPES / This master thesis presents the further development of a galvanic vestibular stimulator for use in fMRI examinations developed in a previous thesis (MANCZAK, 2012). This thesis amends the GVS by circuits to measure feedback values and implements the stimulation circuit with digital components, such as a microcontroller and flyback integrated circuits. The microcontroller is used in order to control the current source and process the measured values. The communication between the PC, which allows user interaction through a graphical user interface, and the microcontroller is implemented through optical communication, which is defined by a communication protocol specification. The digital circuitry is designed to be placed within the MRI room, meeting the requirements imposed by strong magnetic fields and radio frequency pulses. The underlying hypothesis of the thesis is that the device can be placed within the MRI room without having a negative impact on the MRI image quality. Laboratory tests without the MRI confirmed the correct design of the galvanic vestibular stimulator.

No Brasil, o câncer de mama é o mais frequente e a principal causa de morte entre as mulheres, para o ano de 2016 foram estimados 57.960 mil novos casos. A Tomossíntese Digital Mamária (TDM) reduz os efeitos da sobreposição do tecido da mama, oferecendo uma melhor caracterização dos achados mamográficos e diminuindo a necessidade de incidências adicionais. A recente introdução da TDM na prática clínica requer manutenção dos requisitos de dose e qualidade da imagem, além de rotinas de Controle de Qualidade (CQ) e monitoração da Dose Glandular Média (DGM), e também uma equipe técnica qualificada para executar o procedimento. A prática de monitoração da qualidade da imagem e da dose de radiação é uma solução para assegurar continuamente a alta qualidade de exames de radiodiagnóstico. São poucos os estudos relacionados ao CQ em TDM no Brasil, e ainda não foram estabelecidos protocolos nacionais e internacionais específicos; sendo assim, os testes de CQ utilizados são baseados naqueles utilizados pela National Health Service Breast Screening Programme (NHSBSP), European Reference Organisation for Quality Assured Breast Screening and Diagnostic Service (EUREF), American Association of Physicists in Medicine (AAPM), Internacional Atomic Energy Agency (IAEA). Este estudo propõe e apresenta os resultados dos testes de CQ e DGM para mamografia e TDM, e um Protocolo de Rotina para exames de TDM. Os testes de CQ para TDM foram realizados conforme as recomendações do fabricante, da Portaria 2898/13 e de protocolos internacionais. O Protocolo de Rotina foi elaborado visando sanar as dúvidas mais frequentes da equipe técnica, assim como otimizar a qualidade do exame em sala. Para atestar a qualidade da imagem diagnóstica para todas as espessuras, foi realizado o teste de Qualidade de Imagem do simulador padrão do American College of Radiology (ACR). Na avaliação da DGM todos os valores obtidos para mamografia e TDM se mantiveram em conformidade com os limites de referência utilizados, exceto para a espessura de 20 mm em TDM. Para todos os outros testes de CQ, os resultados se mantiveram em conformidade com os limites de referência. Os resultados adquiridos nas avaliações reforçam a importância do controle de qualidade aplicado de forma adequada no processo de obtenção das imagens, assegurando baixa dose e boa qualidade da imagem, cumprindo o princípio ALARA. / In Brazil, breast cancer is the most common and the leading cause of death among women; in 2015, 57,120,000 new cases. Digital Breast Tomosynthesis (DBT) reduces the effects of overlapping breast tissue, offering a better characterization of mammographic findings and decreasing the need of additional views. The recent introduction of DBT in clinical practice requires, in order to maintain the dose requirements and image quality, aside from routine Quality Control (QC) procedures and monitoring the Mean Glandular Dose (MGD) also a qualified technical team to perform the procedure. The practice of monitoring the image quality and the radiation dose is a solution to continuously ensure high quality diagnostic radiology exams. Few studies related to CQ TDM in Brazil, and national and international specific protocols have not been established, Thus, QC tests used are based on those used by the National Health Service Breast Screening Programme (NHSBSP), European Reference Organization for Quality Assured Breast Screening and Diagnostic Service (EUREF), American Association of Physicists in Medicine (AAPM), International Atomic Energy Agency (IAEA). This study proposes and presents the results of the QC tests and DGM for mammography and TDM, and routine protocol for TDM tests. The QC tests for TDM were performed according to the manufacturer's recommendations, of Portaria 2898/13 and international protocols. The Routine Protocol was elaborated aiming to resolve the most frequent doubts of the technical team, as well as optimize the room examination. In order to certify the quality of the diagnostic image for all thicknesses, a imagine quality test from the standard simulator of American College of Radiology (ACR) was performed. In the DGM evaluation, all values mammography and TDM remained in accordance with the reference range used except for 20 mm TDM. For all other QC tests, the results remained in accordance with the reference limits. The results obtained in the assessments emphasize the importance of quality control applied properly in obtaining the imaging process, ensuring low dose and good image quality, fulfilling the ALARA principle.

O nascimento prematuro contribui significativamente para o aumento de morbidades associadas ao desenvolvimento motor, tornando fundamental o acompanhamento contínuo destas crianças. Desta forma, a avaliação baropodométrica, por consistir em um método quantitativo de controle postural pode trazer vantagens para o diagnóstico e acompanhamento do desenvolvimento motor de crianças. Este estudo teve por objetivo desenvolver um protocolo de avaliação motora através dos dados e índices baropodométricos em crianças nascidas pré-termo. Foi realizado um estudo descritivo, onde foram avaliadas 103 crianças entre 24 e 59 meses. Destas, 40 nascidas pré-termo e 63 crianças nascidas a termo. Durante a seleção da amostra, foi preenchida uma ficha de avaliação correspondente ao pré-termo grupo e um questionário com relatos dos pais no grupo a termo. Após, foram aferidos massa corporal e estatura, seguida da aplicação da Escala de Desenvolvimento Motor. Por fim, a baropodometria foi realizada na forma estática, em três repetições, os quais consistiram de 5 segundos de adaptação da criança dobre a placa e 30 segundos onde foram aferidos dados de análise estática: pressão plantar e área do centro de oscilação corporal. Após, as pressões plantares foram transformadas em índices, o índice ânteroposterior foi definido pelas pressões plantares anterior e posterior: IAP= 1-2*│0,6-P│; e o índice látero-lateral, por sua vez, foi definido pelas pressões plantares laterais direita e esquerda: ILL= 1-│LD-LE│. Após a avaliação os dados foram submetidos ao teste de normalidade das distribuições de Shapiro-Wilk, após verificada a distribuição não-normal, foi aplicado o teste de Mann-Whitney para verificar diferença entre os grupos, a associação entre os valores obtidos pelo baropodômetro, Escala do Desenvolvimento Motor, e as principais características e intercorrências do grupo pré-termo foi verificada através da correlação de Spearman. Foi observada diferença significativa nos valores de ILL (p=0,000) entre crianças nascidas a termo e crianças nascidas pré-termo, e que esta diferença possui correlação moderada com a idade gestacional (ρ=0,304), em relação ao centro de oscilação de pressão, crianças nascidas a termo apresentaram menor oscilação quando comparado a idade cronológica (ρ=-0,354), sendo que esta relação foi contrária em crianças nascidas pré-termo (ρ=0,336). Quando analisado somente o grupo pré-termo, foi verificado que o ILL apresentou correlação moderada e inversa com o tempo de internação (ρ=-0,353) e com o tempo de ventilação mecânica (ρ=-0,317) e a aérea do centro de oscilação de pressão apresentou correlação moderada e direta com o tempo de ventilação não invasiva (ρ=0,341). A massa ao nascer apresentou correlação moderada com o ILL (ρ=0,359) e também com a idade motora (ρ=0,323) e o quociente motor (ρ=0,341) e correlação forte com a IG (ρ=0,898) em contrapartida o peso atual apresentou correlação moderada com o quociente motor (ρ=0,310), e a IG (ρ=0,381) e correlação forte com a idade motora (ρ=0,555) e a idade cronológica (ρ=0,613). Houve diferença significativa em relação a idade de aquisição da marcha das crianças que precisaram de acompanhamento fisioterapêutico das que não precisaram (p=0,013). Um índice ILL menor em prematuros, pode estar relacionado ao tempo de internação e ventilação mecânica, além da massa ao nascer, já a maior aérea do centro de oscilação de pressão possui correlação com o tempo de ventilação não invasiva. Também pode-se perceber que a massa atual e a idade cronológica influenciaram mais no desenvolvimento motor que a massa ao nascer e a idade gestacional em crianças prematuras. / Preterm birth contributes significantly to the increase of morbidities associated with motor development, making essential the continuous monitoring of these children. Thus, baropodometry analysis by consisting of a quantitative method for postural control can be advantageous for the diagnosis and monitoring of engine development of children. This study aimed to develop a motor evaluation protocol through the data and baropodometric indexes in preterm infants. It was a descriptive study, which were evaluated 103 children between 24 and 59 months. Of these, 40 preterm and 63 term infants. During the sample selection was completed an evaluation form with data from medical records corresponding to the pre-term group and a questionnaire to parents on group term. After, body mass and height were measured, then the implementation of the Motor Development Scale. Finally, baropodometry was held in static form, with three replicates, which consisted of 5 seconds of child adjustment bend the plate and 30 seconds which were measured static analysis data: plantar pressure and pressure swing center area. After, the plantar pressures were transformed into indexes, the anteroposterior index was defined by the anterior and posterior plantar pressures: API = 1-2 * │0,6-P│; and side side index, in turn, defined by the right and left side planter pressure: SSI = 1- │RS-LS│. After evaluating, the data were submitted to normality test of Shapiro-Wilk distributions, being checked the non-normal distribution, the Mann-Whitney test was used to verify differences between groups, the association between the values obtained by baropodometry analysis, Motor Development Scale, and the main characteristics and complications of preterm group was verified by Spearman correlation. Significant difference in the values of SSI (p = 0.000) among term infants and infants born preterm were observed, and this difference has moderate correlation with gestational age (ρ = 0.304) compared to the pressure oscillation center , full-term babies showed less fluctuation compared to chronological age (ρ = -0.354), and this relationship was contrary in preterm children (ρ = 0.336).When only analyzed the preterm group, it was found that the SSI had moderate and inverse correlation with the length of stay (ρ = -0.353) and the duration of mechanical ventilation (ρ = -0.317) and the air oscillation center pressure showed moderate and direct correlation with noninvasive ventilation time (ρ = 0.341).The mass at birth showed moderate correlation with SSI (ρ = 0.359) and also with the motor age (ρ = 0.323) and the ratio engine (ρ = 0.341) and strong correlation with gestational age (ρ = 0.898) in contrast current weight showed moderate correlation with the motor quotient (ρ = 0.310) and gestational age(ρ = 0.381) and strong correlation with the motor age (ρ = 0.555) and chronological age (ρ = 0.613). There was significant difference in the age of acquisition of march of the children who needed physical therapy monitoring of those who did not needed (p = 0.013). A smaller SSI index in premature infants, may be related to hospitalization time and mechanical ventilation, in addition to mass at birth, already the largest air pressure oscillation center has correlation with noninvasive ventilation time.It may also be seen that the current mass and chronological age influenced more motor development than the mass at birth and gestational age in preterm children.

Este trabalho apresenta o estudo do processo de esterilização de materiais e instrumentais cirúrgicos em autoclaves que se utilizam do agente esterilizante, o vapor à baixa temperatura de formaldeído. Processo esse utilizado para materiais termosensiveis, ou seja, que não suportam temperaturas superiores a 80°C. Assim objetivo desse trabalho, foi avaliar essa tecnologia de esterilização a baixa temperatura, que já é utilizada há mais de 20 anos em vários países, inclusive aqui no Brasil, porém com pouco detalhes de estudos conclusivos sobre o assunto na literatura nacional e internacional. Este estudo foi baseado nas Normas ABNT NBR 15659 e NF EN ISO 25424 que tratam especificamente dos requisitos, métodos e cuidados na esterilização de vapor a baixa temperatura e formaldeído, implementando um protocolo de verificação para estudo da tecnologia. Para tanto foi elaborada uma metodologia de avaliação, da instalação de esterilizadores que utilizam como agente esterilizante o formaldeído. Na verificação da eficácia da metodologia 3 tipos de equipamentos de esterilização foram testados. Os equipamentos testados são de fabricação brasileira (02 deles) e um de fabricação sueca. Os testes foram feitos em 6 hospitais, onde foram avaliados desde a sua instalação, avaliação dos parâmetros de tempo, temperatura e pressão (com equipamentos calibrados e rastreados pelo INMETRO), avaliação do nível de resíduos no material (com laudos feitos por laboratórios credenciados), uso de indicadores de processo (biológicos e químicos), avaliação ambiental (ar e saída do dejeto para o esgoto), controles de manutenções preventivas e segurança do operador (EPI). Todos os ciclos avaliados apresentaram resultados dentro dos parâmetros mínimos sugerido na Norma ABNT NBR 15659 e NF EN ISO 25424. Concluindo que se seguindo rigorosamente o que pede a Norma e os manuais dos fabricantes dos equipamentos, pode-se perfeitamente obter um processo seguro de esterilização para o Hospital, e atender todos os níveis de segurança tanto para o operador como para o paciente que irá usar o material processado no ciclo de esterilização. / This work presents the study of the sterilization process of surgical materials and instruments in autoclaves using the sterilizing agent, the low temperature vapor of formaldehyde. This process is used for thermosensitive materials, is they do not withstand temperatures above 80 ° C. The objective of this study was to evaluate the low temperature sterilization technology, which has been used for more than 20 years in several countries, including here in Brazil, but with little details of conclusive studies on the subject in the national and international literature. This study was based on the ABNT NBR 15659 and NF EN ISO 25424 standards that specifically deal with the requirements, methods and care in low temperature steam sterilization and formaldehyde, implementing a verification protocol for technology study. For this, an evaluation methodology was elaborated for the installation of sterilizers that use formaldehyde as the sterilizing agent. In the verification of the effectiveness of the methodology 3 types of sterilization equipment were tested. The equipment tested is of Brazilian manufacture (02 of them) and one of Swedish manufacture. The tests were carried out in 6 hospitals, where they were evaluated since its installation, evaluation of parameters of time, temperature and pressure (with equipment calibrated and tracked by INMETRO), evaluation of the level of residues in the material (with reports made by accredited laboratories), use of process indicators (biological and chemical), environmental assessment (air and exits to the sewage), preventive maintenance controls and operator safety (EPI). All the evaluated cycles presented results within the minimum parameters suggested in the Standard ABNT NBR 15659 and NF EN ISO 25424. Concluding that strictly following the norms and the manuals of the equipment manufacturers, it is perfectly possible to obtain a safe process of sterilization To the Hospital, and meet all levels of safety for both the operator and the patient who will use the material processed in the sterilization cycle.

O Instituto de Biologia Molecular do Paraná (IBMP) atua na produção de insumos para detecção de doenças. Em parceria com Bio-Manguinhos (Fiocruz) é atualmente responsável pelo fornecimento do módulo de amplificação do KIT NAT Brasileiro para o diagnóstico molecular de HIV (AIDS), HCV (Hepatite C) e HBV (Hepatite B), entre outros produtos para diagnóstico in vitro. O teste molecular consiste basicamente, na amplificação do material genético do vírus (DNA ou RNA) através da técnica de PCR (reação em cadeia pela polimerase) em tempo real, que possibilita a detecção do agente patógeno a partir de pequenas quantidades de ácido nucleico presente na amostra. A reação de PCR ocorre pela atividade da Taq DNA Polimerase, uma enzima termostável amplamente utilizada para replicação seletiva de fragmentos de DNA. Esta enzima foi isolada a partir de uma bactéria termofílica, denominada Thermus aquaticus e é produzida pelo IBMP, sendo considerada um insumo de alta criticidade. Uma das etapas de controle do processo produtivo dessa enzima é a avaliação do extrato bruto enzimático e a determinação da atividade da enzima purificada. O método de quantificação consiste em avaliar a atividade enzimática através da metodologia de PCR convencional, seguida por uma análise do perfil eletroforético das amostras em gel de agarose. No entanto, a metodologia empregada atualmente apresenta uma grande subjetividade, visto que a interpretação dos resultados pode sofrer variações quando analisados por diferentes operadores. O objetivo do presente trabalho é avaliar a implementação de uma análise automatizada dos resultados através do processamento digital de imagens, que além de facilitar sobremaneira as rotinas laboratoriais, pode ser a chave para resultados com maior grau de precisão e repetibilidade, eliminando assim o viés subjetivo do analista. A nova metodologia de análise implica em menor interferência do analista na interpretação dos resultados. O método proposto foi testado em um conjunto de imagens e os resultados obtidos foram comparados com os valores da análise manual atualmente utilizada. Os resultados foram considerados promissores, pois a análise automatizada, além de reduzir significativamente o tempo de análise, possibilita uma padronização dos resultados. / The Molecular Biology Institute of Paraná (IBMP) acts in the production of inputs for detection of diseases. In partnership with Bio-Manguinhos (Fiocruz), it is currently responsible for manufacturing the amplification module of the Brazilian NAT KIT for HIV (AIDS), HCV (Hepatitis C) and HBV (Hepatitis B), besides other products for molecular diagnostics. The molecular test basically consists of amplifying the genetic material of the virus (DNA or RNA) through the real-time PCR (polymerase chain reaction) technique, which enables detection of the pathogen from small amounts of nucleic acid present in the sample. The PCR reaction occurs by the activity of Taq DNA Polymerase, a thermostable enzyme widely used for selective replication of DNA fragments. This enzyme was isolated from a thermophilic bacterium, called Thermus aquaticus and is produced by the IBMP, being considered an input of high criticality. One of the steps in controlling the production process of this enzyme is the evaluation of the enzymatic extract and the determination of the activity of the purified enzyme. The quantification method consists in evaluating the enzymatic activity through the conventional PCR methodology, followed by an analysis of the electrophoretic profile of the agarose gel samples. However, the methodology currently used presents a great subjectivity, since the interpretation of results can suffer variations when analyzed by different operators. The objective of the present work is to evaluate the implementation of an automated analysis of the results through digital image processing, which in addition to facilitating the laboratory routines, can be the key to results with a greater degree of precision and repeatability, thus eliminating the subjective bias of the analyst. The new methodology of analysis implies less interference of the analyst in the interpretation of the results. The proposed method was tested in a set of images and the obtained results were compared with the values of the manual analysis currently used. The results were considered promising because the automated analysis, besides significantly reducing the analysis time, allows a standardization of the results.

Espera-se redução das complicações cirúrgicas quando lesões localizadas na junção craniovertebral (JCV) são operadas pelo acesso cirúrgico endoscópico transnasal ao invés do acesso transoral. Entretanto, não se sabe ainda qual seria o maior alcance inferior da abordagem transnasal e também qual seria o melhor método para prever o limite de exposição no planejamento pré-operatório. No presente estudo, o alcance à JCV foi definido no período intraoperatório com neuronavegação em 10 pacientes operados pela via transnasal. O limite anatômico obtido foi comparado com as linhas nasopalatina e palatina. A linha nasopalatina mostrou ser o melhor método para prever o alcance inferior à JCV. / It is expected reduction of surgical complications when craniovertebral junction pathologies are operated using the endoscopic transnasal approach instead of the transoral approach. However, it is yet unclear what is the lower extent of the transnasal approach and which method is better to predict this lower limit in preoperative planning. This study evaluates the inferior exposure of craniocervical junction in 10 patients operated through the transnasal approach using neuronavigation. The intraoperative anatomical limit was compared to nasopalatine and palatine lines. The nasopalatine line predicts more accurately the inferior limit of the transnasal approach.

Introdução: Estudos têm encontrado uma transição da obesidade da população adulta para crianças e adolescentes, que por sua vez, pode acarretar manifestações clínicas, como: doenças coronarianas, diabetes tipo 2, e complicações psicossociais cada vez mais precocemente. Contudo, métodos para avaliação da composição corporal para essa faixa etária, principalmente envolvendo técnicas de baixo custo como as medidas de dobras cutâneas (DC) apresentam imprecisões em estudos brasileiros. Fator o qual pode levar a uma interpretação equivocada da composição corporal dos avaliados. Objetivo: desenvolver novos modelos matemáticos utilizando medidas de DC, tendo como referência a absorciometria de raios-X de dupla energia (DXA), para estimativa de massa de gordura (G) em adolescentes. Métodos: Trata-se de um estudo exploratório descritivo onde foram avaliados 416 adolescentes do gênero masculino de 12 a 17 anos, sendo 42 destinados para compor a amostra de validação da pesquisa. Foram coletadas medidas de massa corporal total, estatura, circunferência da cintura e quadril, nove pontos anatômicos baseados em DC: bíceps, tríceps, subescapular, peitoral, axilar média, abdominal, supra-ilíaca, coxa e panturrilha, além da G e densidade mineral óssea (DMO) aferida com a tecnologia de DXA. Para o desenvolvimento das equações foi utilizado um modelo de regressão linear múltipla através do método de mínimos quadrados ordinários (OLS). Resultados: O grupo apresentou índice de massa corporal (IMC) médio de 21,25±4,12kg/m² e %G = 20,57±5,80%. A partir do %G, a prevalência de excesso de gordura foi verificada em 38,3% dos adolescentes. O impacto da gordura na DMO dos adolescentes indicou uma associação na ordem de r = -0,358; p<0,005, sendo verificada redução de até 14% da DMO para a região da coluna em adolescentes com obesidade em comparação aos eutróficos. O desenvolvimento de novos modelos matemáticos que atendessem critérios de alto coeficiente de determinação (R²), baixo erro padrão de estimativa (EPE), controle de colinearidade, normalidades dos resíduos, homoscedasticidade e praticidade, possibilitaram a apresentação de três opções com R² = 0,932 e EPE 1,79; R² = 0,912 e EPE = 1,78; R² = 0,850 e EPE = 1,87, respectivamente. Em todas as opções, as variáveis idade e estatura foram empregadas, bem como as DC de tríceps e subescapular. Conclusão: Os resultados obtidos evidenciam a possibilidade de desenvolvimento de novos modelos matemáticos para a avaliação da gordura corporal em adolescentes com resultados superiores aos modelos existentes na literatura. / Introduction: Studies have found a transition from obesity of the adult population to children and adolescents, which in turn, can lead to clinical manifestations, such as: coronary diseases, type 2 diabetes, and psychosocial complications increasingly early. However, methods for evaluating nutritional status for this age group, mainly involving low cost techniques such as skinfold thickness measurements (ST), are imprecise in Brazilian studies. Factor which can lead to a mistaken interpretation of the body composition of the evaluated ones. Objective: To develop new mathematical models, based on DC measurements, based on dual energy X-rays absorptiometry (DXA), to estimate fat mass (G) in adolescents. Methods: This was an exploratory descriptive study in which 416 male adolescents aged 12 to 17 years were evaluated, 42 of whom were separated to compose the study validation sample. Measurements of total body mass, stature, waist and hip circumference were obtained, nine anatomical points based on ST: biceps, triceps, subscapular, pectoral, mid axillary, abdominal, suprailiac, thigh and calf muscles, as well as G and bone mineral density (BMD) measured with DXA technology. For the development of the equations, a multiple linear regression model was used by the ordinary least square (OLS) method. Results: The group had a mean body mass index (BMI) of 21.25± 4.12 kg / m² and %G = 20.57 ± 5.80%. From %G, the prevalence of excess fat was verified in 38.3% of adolescents. The impact of fat on adolescent BMD indicated an association in the order of r = -0.358; P <0.005, with BMD reduction up to 14% for the spine region in adolescents with obesity compared to eutrophic. The development of new mathematical models that meet criteria of high coefficient of determination (R²), low standard error of estimation (SEE), control of colinearity, residue normalities, homoscedasticity and practicality, allowed the presentation of three options with R² = 0.932 and SEE 1.79; R² = 0.912 and SEE = 1.78; R² = 0.850 and SEE = 1.87, respectively. In all the options, the variables age and height were employed, as well as triceps and subscapular ST. Conclusion: The results obtained evidenced the possibility of developing new mathematical models for the evaluation of body fat in adolescents with results superior to the existing models in the literature.

A queda de idosos é um problema de saúde mundial. Todos os anos, cerca de 30% dos idosos com 65 anos ou mais são vítimas de quedas. Além disso, as consequências de uma queda podem ser fisiológicas (e.g. fraturas ósseas, ferimentos musculares) e psicológicas, como a perda de autoconfiança, levando a novas quedas. Uma solução para este problema está relacionada com ações preventivas (e.g. adaptação de mobília) aliadas a sistemas de detecção de quedas, os quais podem notificar familiares e serviços médicos de urgência. Como o tempo de espera por socorro após uma queda está relacionado com a severidade das consequências dela, esses sistemas devem oferecer elevada acurácia e detecção em tempo real. Embora existam várias soluções para isso na literatura (a maioria relacionada com dispositivos vestíveis), poucas delas estão relacionadas a dispositivos de punho, principalmente por causa dos desafios existentes para essa configuração. Considerando o punho como um local mais confortável, discreto e aceitável para uso de um dispositivo (menos associado com o estigma do uso de uma solução médica), este trabalho propõe o desenvolvimento e avaliação de uma solução baseada nessa configuração. Para isso, diferentes sensores (acelerômetro, giroscópio e magnetômetro) foram combinados com diferentes algoritmos, baseados em métodos de limiar e aprendizado de máquina, visando definir os melhores sinais e abordagem para a detecção de quedas. Esses métodos consideraram informações de aceleração, velocidade, deslocamento e orientação espacial, permitindo o cálculo de componentes verticais do movimento. Para o treino e avaliação dos algoritmos, dois protocolos diferentes foram empregados: um primeiro envolvendo 2 voluntários (homens, 27 e 31 anos) simulando um total de 80 sinais de queda e 80 de não-queda, e um segundo envolvendo 22 voluntários (14/8 homens/mulheres, idade média: 25,2 ± 4,7) simulando um total de 396 sinais de queda e 396 de não-queda. Uma análise exaustiva de diferentes sinais e parâmetros de configuração foi executada para cada método. O melhor algoritmo baseado em limiar considerou sinais de aceleração vertical e velocidade total, alcançando 95,8% de sensibilidade e 86,5% de especificidade. Por outro lado, o melhor algoritmo de aprendizagem de máquina foi o baseado no método K-Nearest Neighbors, considerando informações de aceleração, velocidade e deslocamento verticais combinadas com os ângulos de orientação espacial: 100% de sensibilidade e 97,9% de especificidade. Os resultados obtidos permitem enfatizar a relevância de algoritmos de aprendizagem de máquina para sistemas de detecção de queda vestíveis localizados no punho quando comparados a algoritmos baseados em limiar. Esta conclusão oferece grande contribuição para a pesquisa de detectores de quedas similares, sugerindo a melhor abordagem para novos desenvolvimentos. / Falls in the elderly age are a world health problem. Every year, about 30% of people aged 65 or older become victims of fall events. The consequences of a fall may be physiological (e.g. bone fractures, muscular injuries) and psychological, including the loss of self-confidence by fear of falling, which leads to new falls. A solution to this problem is related to preventive actions (e.g. adapting furniture) allied to fall detection systems, which can alert family members and emergency medical services. Since the response time for help is related to the fall's consequences and severity, such systems must offer high accuracy and real-time fall detection. Although there are many fall detection solutions in literature (most part of them related to wearable devices), few of them are related to wrist-worn devices, mainly because of the existing challenges for this configuration. Considering the wrist as a comfortable, discrete and acceptable place for an elderly wearable device (less associated to the stigma of using a medical device), this work proposes the development and evaluation of a fall detection solution based on this configuration. For this, different sensors (accelerometer, gyroscope and magnetometer) were combined to different algorithms, based on threshold and machine learning methods, in order to define the best signals and approach for an elderly fall detection. These methods considered acceleration, velocity and displacement information, relating them with wrist spatial orientation, allowing the calculation of the vertical components of each movement. For the algorithms' training and evaluation, two different protocols were employed: one involving 2 volunteers (both males, ages of 27 and 31) performing a total of 80 fall and 80 non-fall events simulation, and the other involving 22 volunteers (14/8 males/females, ages mean: 25.2 ± 4.7) performing a total of 396 fall and 396 non-fall events simulation. An exhaustive evaluation of different signals and configuration parameters was performed for each method. The best threshold-based algorithm employed the vertical acceleration and total velocity signals, achieving 95.8% and 86.5% of sensitivity and specificity, respectively. On the other hand, the best machine learning algorithm was based on the K-Nearest Neighbors method employing the vertical acceleration, velocity and displacement information combined with spatial orientation angles: 100% of sensitivity and 97.9% of specificity. The obtained results allow to emphasize the relevance of machine learning algorithms for wrist-worn fall detection systems instead of traditional threshold-based algorithms. These results offer great contributions for the research of similar wearable fall detectors, suggesting the best approach for new developments.

O emprego de tecnologias de acesso a comunicação, baseados em métodos de acesso por escaneamento, viabiliza novas oportunidades de comunicação para indivíduos com disfunção motora severa. Um dos exemplos mais comuns desse tipo de tecnologia é o teclado virtual operado por varredura. Teclados virtuais são frequentemente utilizados como dispositivos de comunicação aumentativa e alternativa por indivíduos com restrições motoras graves e que apresentam comprometimento da fala e da escrita. São compostos por uma matriz de teclas e simulam a operação de um teclado físico para a composição de mensagens. Uma das limitações desses sistemas é o baixo desempenho que possuem. Taxas de comunicação lentas e a considerável ocorrência de erros são alguns dos problemas que usuários desses dispositivos sofrem durante o uso diário. O desenvolvimento e a avaliação de novas estratégias em comunicação aumentativa e alternativa são essenciais para a melhoria das oportunidades de comunicação dos usuários que fazem uso desse tipo de tecnologia. Neste sentido, este trabalho explora diferentes estratégias para aumentar essa taxa de comunicação e reduzir os erros cometidos por seus usuários. Análises computacionais e práticas foram executadas para a avaliação das estratégias propostas. / The use of access technologies for communication, based on scanning methods, enables new communication opportunities for individuals with severe motor dysfunction. One of the most commom examples of this type of technology is the single switch scanning. Single switch scanning keyboards are often used as augmentative and alternative communication devices for inidividuals with severe mobility restrictions and with compromised speech and writing. They consist of a matrix of keys and simulate the operation of a physical keyboard to write messages. One of the limitations of these systems is their low performance. Low communication rates and considerable errors ocurrence are some of the few problems that users of these devices suffers during daily use. The development and evaluation of new strategies in augmentative and alternative communication are essential to improve the communication opportunities of user who make use of such technology. Thus, this work explores different strategies to increase communication rate and reduce user’s mistakes. Computational and practical analysis were performed for the evaluation of proposed strategies. / Dissertação (Mestrado)

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-05-20T12:55:18Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thales Baliero Takáo - 2015.pdf: 2798998 bytes, checksum: f90a7c928230875abd5873753316f766 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-05-20T12:56:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thales Baliero Takáo - 2015.pdf: 2798998 bytes, checksum: f90a7c928230875abd5873753316f766 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-20T12:56:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thales Baliero Takáo - 2015.pdf: 2798998 bytes, checksum: f90a7c928230875abd5873753316f766 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-07-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The aim of this work was to assess the performance of computational methods to classify ground reaction force (GRF) to identify on which surface was done the gait initiation. Twenty-five subjects were evaluated while performing the gait initiation task in two experimental conditions barefoot on hard surface and barefoot on soft surface (foam). The center of pressure (COP) variables were calculate from the GRF and the principal component analysis was used to retain the main features of medial-lateral, anterior-posterior and vertical force components. The principal components representing each force component were retained using the broken stick test. Then the support vector machines and multilayer neural networks ware trained with Backpropagation and Levenberg-Marquartd algorithm to perform the GRF classification . The evaluation of classifier models was done based on area under ROC curve and accuracy criteria. The Bootstrap cross-validation have produced area under ROC curve a and accuracy criteria using 500 samples database. The support vector machine with linear kernel and margin parameter equal 100 produced the best result using medial-lateral force as input. It registered area under ROC curve and accuracy with 0.7712 and 0.7974. Those results showed significance difference from the vertical and anterior-posterior force. Then we may conclude that the choice of GRF component and the classifier model directly influences the performance of the classification. / O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de ferramentas de inteligência computacional para a classificação da força de reação do solo (FRS) identificando em que tipo de superfície foi realizada a inicialização da marcha. A base de dados foi composta pela força de reação do solo de 25 indivíduos, adquiridas por duas plataformas de força, durante a inicialização da marcha sobre uma superfície macia (SM - colchão), e depois sobre uma superfície dura (SD). A partir da FRS foram calculadas as variáveis que descrevem o comportamento do centro de pressão (COP) e também foram extraídas as características relevantes das forças mediolateral (Fx), anteroposterior (Fy) e vertical (Fz) por meio da análise de componentes principais (ACP). A seleção das componentes principais que descrevem cada uma das forças foi feita por meio do teste broken stick . Em seguida, máquinas de vetores de suporte (MVS) e redes neurais artificiais multicamada (MLP) foram treinadas com o algoritmo Backpropagation e de Levenberg-Marquartd (LMA) para realizar a classificação da FRS. Para a avaliação dos modelos implementados a partir das ferramentas de inteligência computacional foram utilizados os índices de acurácia (ACC) e área abaixo da curva ROC (AUC). Estes índices foram obtidos na validação cruzada utilizando a técnicas bootstrap com 500 bases de dados de amostras. O melhor resultado foi obtido para a máquina de vetor de suporte com kernel linear com parâmetro de margem igual a 100 utilizando a Fx como entrada para classificação das amostras. Os índices AUC e ACC foram 0.7712 e 0.7974, respectivamente. Estes resultados apresentaram diferença estatística em relação aos modelos que utilizaram as componentes principais da Fy e Fz, permitindo concluir que a escolha da componente da FRS assim como o modelo a ser implementado influencia diretamente no desempenho dos índices que avaliam a classificação.