Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-03-29T18:39:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Allan.pdf: 9306708 bytes, checksum: ff20e727c0e268faed60dc2c7e9f5a7c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-29T18:39:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Allan.pdf: 9306708 bytes, checksum: ff20e727c0e268faed60dc2c7e9f5a7c (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / FACEPE / A Tomografia por Impedância Elétrica (TIE) é uma técnica que visa reconstruir imagens do interior de um corpo de forma não invasiva. Esta reconstrução é feita com base nas propriedades elétricas de condutividade do interior deste corpo. Com base na aplicação e medida dos potenciais da borda do corpo, feita através de eletrodos, um algoritmo de reconstrução de imagens gera a imagem do interior deste corpo. Diversos métodos são aplicados para gerar imagens de TIE, porém ainda são geradas imagens de contorno suave. Isto acontece por causa da natureza matemática do problema de reconstrução da TIE como um problema mal posto e mal condicionado. Isto significa que não existe uma distribuição de condutividade interna exata para uma determinada distribuição de potenciais de borda. A TIE é governada matematicamente pela equação de Poisson e a geração da imagem envolve a resolução de um problema direto, que trata da obtenção dos potenciais de borda a partir de uma distribuição interna de condutividade. O problema direto, neste trabalho, foi aplicado através do método dos elementos finitos. Desta forma é possível aplicar técnicas de busca e otimização que objetivam minimizar a distância euclidiana entre os potenciais de borda mensurados no corpo e os potencias gerados pela resolução do problema direto de um candidato à solução. Devido ao fato deste trabalho ser baseado em simulações, os potenciais de borda buscados foram gerados através da simulação de objetos localizados no centro, borda e entre o centro e a borda e seus respectivos potenciais de borda. Desta forma o objetivo deste trabalho foi construir uma ferramenta computacional baseada em algoritmos de busca e otimização, desde os bioinspirados até os evolucionários, com destaque para o método dialético de otimização, para fazer reconstrução de imagens de Tomografia por impedância elétrica. Para efeitos de comparação também foram utilizados para gerar imagens: Algoritmos Genéticos, Evolução Diferencial e Otimização por Enxame de Partículas. As simulações foram feitas no EIDORS, uma ferramenta MatLab e GNUOctave de código aberto voltada para a comunidade de TIE. Os experimentos foram feitos utilizando três diferentes configurações de objetos de estudo (fantomas). As análises foram feitas de três formas, sendo elas, qualitativa: na forma de o quão as imagens geradas são parecidas com seu respectivo fantoma; quantitativa: com base na evolução do erro relativo calculado pela função objetivo do melhor candidato à solução ao longo das interações; e, ainda, de custo computacional, através da avaliação da evolução do erro relativo ao longo da quantidade de cálculos da função objetivo pelo algoritmo. Foram gerados resultados para Algoritmos Genéticos com busca guiada, cinco versões de Evolução diferencial e duas versões de Otimização por enxame de Partículas. De acordo com os resultados obtidos Método Dialético Objetivo mostrou ter a capacidade de encontrar um valor de erro menor em menos iterações do que as outras técnicas propostas além de ser mais rápido devido ao fato de a quantidade de polos ir diminuindo de acordo com as fases históricas, exigindo menos esforço computacional por iteração. Os resultados desta pesquisa geraram diversas contribuições na forma de artigos publicados em eventos nacionais e internacionais. / The Electrical Impedance Tomography is a technique that aims to reconstruct images of the inside of a body non-invasively. This reconstruction is based on the electrical properties inside the conductivity of this domain. Based on measurements of the potential edge made through electrodes, an image reconstruction algorithm generates the domain inside the image. Several methods are applied to generate TIE images, but are still generated smooth contour images. This happens because of the mathematical nature of TIE reconstruction problem as an ill-posed and ill-conditioned problem. This means that there is no exact solution to a certain internal conductivity distribution. The TIE is mathematically governed by the Poisson equation and the image generation involves solving a direct problem, which deals with obtaining the edge of potential from an internal distribution of known conductivity. This achievement was made in this study through the finite element method. This way you can apply search and optimization techniques that aim to minimize the Euclidean distance between the edge of potential measured in the body and the potential generated by the resolution of the direct problem of a solution to the candidate. Because this work is based on simulations, the potential of border searches were made by simulating objects located in the center, edge and between the center and the edge and their potential edge respective. Therefore, the objective of this work was to build a computational tool based on search and optimization algorithms, since the bioinspired to the evolutionary, especially the dialectical method optimization, to make reconstruction tomography images by electrical impedance. For comparison, were also used to generate these images: Genetic Algorithms, Differential Evolution and optimization by particle swarm. The simulations were made in EIDORS a MatLab and GNUOctave tool open source toward the TIE community. The experiments were performed using three different configurations of objects of study (phantoms). The analyzes were done in a qualitative way: in the form of how the generated images are similar to their respective phantom; quantitative: based on the evolution of the relative error calculated by the objective function of the best candidate to the solution over the interactions; and also computational cost, by assessing the evolution of the relative error over the amount of computation of the objective function by the algorithm. Results were generated for Genetic Algorithms with guided search, five versions of differential evolution and two versions of Particle Swarm Optimization. According to the results obtained dialectic method showed order to be able to find a smallest error value in fewer iterations than other proposed techniques besides being faster due to the fact that the number of poles tendency to decrease in accordance with the historical phases , requiring less computational effort per iteration. The results of this research have generated several contributions in the form of articles published in national and international events.

A Tomografia de Impedância Elétrica (TIE) é um método de imagem que permite estudarmos alterações regionais de ventilação pulmonar com alta resolução temporal. Estudamos a influência da posição corporal e do esforço expiratório no esvaziamento regional pulmonar comparando dados de espirometria com os da TIE adquiridos simultaneamente. MÉTODOS: Oito voluntários monitorados continuamente com TIE, realizaram manobras de capacidade vital lenta (CVL) com washout de nitrogênio (WN2) e capacidade vital forçada (CVF) nas posições sentado, decúbito lateral direito (DLD) e esquerdo (DLE). Em todas as posições, comparamos a variação global de impedância (Z) com os volumes da espirometria. Analisamos também as variações regionais de volume do pulmão direito e esquerdo, em cada posição, e a cada 10% da expiração total através da TIE; estes dados foram comparados com análise do WN2. RESULTADOS: Na espirometria e na TIE, houve uma redução no volume total expirado na CVF e na CVL dos decúbitos laterais quando comparados à posição sentada (P = 0,001). Na análise da CVL através da TIE, observamos um fluxo maior no pulmão dependente (de 2 a 10 vezes maior), em ambos os decúbitos laterais, com inversão deste padrão aproximadamente na metade da capacidade vital. Já na CVF o Z foi semelhante entre os pulmões ao longo da expiração, independente do decúbito, semelhante à situação isogravitacional (i.e., sentado) (p<0,001). O traçado de WN2 mostrou uma inclinação precoce (fase IIIb) ocorrendo apenas nos decúbitos laterais, além da fase IV ao final. A ascensão lenta da fase IIIb esteve sempre associada a uma significativa mudança no padrão de esvaziamento observado à TIE, onde o esvaziamento preferencial do pulmão dependente dava lugar a um esvaziamento preferencial do pulmão não-dependente. CONCLUSÃO: Em indivíduos sadios e nas situações de baixo esforço expiratório (CVL), a gravidade exerce forte influência na distribuição e variação dos volumes pulmonares ao longo da expiração, sugerindo um significante gradiente vertical de pressões pleurais. O esforço expiratório máximo atenua esta influência da gravidade, sugerindo que outros fatores passam a determinar o fluxo expiratório. / Electrical Impedance Tomography, (EIT) is an imaging method that allows studying changes in regional pulmonary ventilation with high temporal resolution. We studied the influence of body position and expiratory effort on regional lung emptying comparing data from spirometry with the EIT acquired simultaneously. METHOD: Eight volunteers monitored continuously with EIT, performed slow vital capacity (SVC) with single-breath nitrogen washout (SBNW) and forced vital capacity (FVC) maneuvers in sitting position, right (RLD) and left lateral decubitus (LLD). In all three positions we compared the impedance change (Z) with spirometry absolute volumes and analyzed the regional volume variation of right and left lungs in each position and every 10% step of total expiration with EIT; this data was compared with SBNW analysis. RESULTS: In spirometry and EIT, there was a reduction in the total volume expired in FVC and SVC in lateral recumbency when compared to the sitting position (P = 0,001). In the analysis of the SVC with EIT we noticed a greater flow in the dependent lungs (from 2 to 10 times higher) on both lateral decubitus, with reversal of this pattern in approximately half of the expired vital capacity. On FVC the Z was similar between the lungs during the entire expiration, regardless of decubitus, and similar to the situation isogravitacional (ie, sitting) (p<0,001). The SBNW curves showed an early inclination (phase IIIb) occurring only in the lateral decubitus, besides the final rise of phase IV. The slow rise of phase IIIb was always associated with a significant change in the emptying pattern observed with the EIT, when the preferential emptying of the dependent lung gave place to preferential emptying in the non-dependent lung. CONCLUSION: In healthy subjects and in situations of low effort (SVC), gravity exerts strong influence on the distribution and variation of lung volume during the expiration, suggesting a significant vertical gradient of pleural pressure. The maximum expiratory effort mitigates this gravitational influence, suggesting that other factors may determine the expiratory flow

Introdução: A individualização da pressão positiva ao final da expiração (PEEP) pode reduzir a pressão de distensão e a formação de atelectasias em pacientes sendo submetidos a cirurgia abdominal eletiva. Objetivos: Titular a PEEP e comparar a mecânica respiratória de pacientes ventilados com PEEP titulada a pacientes ventilados com PEEP de 4 cmH2O. Após a extubação, comparar a formação de atelectasias. Métodos: Pacientes submetidos à cirurgia laparoscópica ou cirurgia aberta foram incluídos de forma não consecutiva, estratificada e randomizados em dois braços: PEEP titulada (PEEPT) e PEEP de 4 cmH2O (PEEP4). A PEEP foi titulada com tomógrafo de impedância elétrica (TIE). Dados de mecânica e três gasometrias foram coletadas durante o intraoperatório. Após extubação, os pacientes realizaram a uma tomografia computadorizada de tórax. Resultados: Vinte pacientes submetidos à cirurgia laparoscópica e vinte pacientes submetidos à cirurgia aberta foram incluídos. A mediana de PEEP titulada foi 12 cmH2O (10-14), com uma ampla variação de 6-16 (IC 95% 10-14). O uso da PEEP titulada determinou uma redução da pressão de distensão (p < 0,001), melhora da complacência (p < 0,001), melhora a oxigenação (p < 0,001) apenas dos pacientes de cirurgia laparoscópica e redução da massa de tecido pulmonar não-aerada após a extubação (P < 0,05). Conclusão: A PEEP individualizada apresentou ampla distribuição. A individualização da PEEP reduziu a quantidade de atelectasia após a extubação e, também, melhorou a mecânica respiratória e a oxigenação / Rationale: Individualized PEEP may reduce driving pressure and the formation of atelectasis in patients undergoing elective abdominal surgery. Objectives: To titrate PEEP and compare respiratory mechanics of patients submitted to titrated PEEP to PEEP 4 cmH2O. After extubation, to compare the non-aerated lung mass. Methods: Patients undergoing laparoscopic or open abdominal surgery were stratified and randomized non-consecutively to titrated PEEP (PEEPT) and PEEP 4 cmH2O. PEEP was titrated using electrical impedance tomography. Respiratory mechanics arterial blood gas analysis were performed during surgery. After extubation, the patients were submitted to a chest computadorized tomography (CT) scan. Measurements and Main Results: Twenty patients undergoing laparoscopic surgery and twenty patients undergoing open abdominal surgery were included. The median PEEP was 12 cmH2O with a wide variation from 6 to 16 (IC 95% 10-14). Titrated PEEP reduced driving pressure (p < 0.001), improved respiratory system compliance (p < 0.001), improved oxygenation (p < 0.001) (only in patients being submitted to laparoscopic surgery) and reduced non-aerated lung mass on CT scan (p < 0.05) after extubation. Conclusions: Titrated PEEP had a wide variation. PEEP individualization reduced postoperative atelectasis and also improved respiratory mechanics and oxygenation

Introdução - Pacientes com enfisema pulmonar avançado submetidos a redução volumétrica pulmonar endoscópica (ELVR) com válvulas unidirecionais (EBV) apresentam melhores resultados quando o lobo tratado não possui ventilação colateral e atelectasia lobar é alcançada. No entanto, a resposta positiva de desinsuflação está associada a maior ocorrência de pneumotórax nessa população. Recomendações recentes enfatizam a importância de condutas no intra- e pós-operatório que busquem minimizar os riscos associados, porém muito pouco é abordado em relação ao manejo da ventilação mecânica durante a intervenção. Elevada fração inspirada de oxigênio (FiO2) é reconhecida na indução de atelectasia por absorção e pode desempenhar um papel relevante na modulação de redução volumétrica após oclusão seletiva. Atualmente não se monitora os efeitos regionais da ELVR com EBV em tempo real. A tomografia de impedância elétrica (TIE) é uma ferramenta de imagem não-invasiva e sem radiação que fornece dados regionais em tempo real de variação de volume pulmonar por meio de uma cinta de eletrodos aplicadas no tórax. Neste contexto, o objetivo deste estudo é usar a TIE para avaliar a influência da FiO2 na ELVR com EBV em um modelo experimental de pulmão normal suíno, animal que não possui ventilação colateral. Métodos - 5 suínos foram submetidos a um estudo cruzado de oclusão do lobo inferior esquerdo por dois métodos, válvulas unidirecionais (válvulas) e cateter-balão intrabronquial (balão), com FiO2 de 50% e 100% por 15 minutos em cada etapa. O balão serviu como um controle, com oclusão assegurada por visão direta via broncoscópio e medida da pressão expiratória distal à oclusão em um animal representativo. A pressão expiratória positiva final usada foi titulada pela TIE para cada animal e recrutamento alveolar foi realizado ao final de cada etapa para reverter o colapso induzido. Foram analisados o mínimo Z (MinZ), como estimativa do volume pulmonar ao final da expiração, e o DeltaZ, variação cíclica proporcional ao volume corrente, ambos expressos em unidades arbitrárias de variação relativa, desde antes da oclusão (Pré) e em cada minuto do momento da oclusão (T0) até 15 minutos (T15). Em um animal adicional foi realizada aquisição simultânea de tomografia computadorizada (TC) e TIE para quantificação do conteúdo de gás. Em todas as análises as regiões de interesse foram direita (Dir) e esquerda (Esq). Resultados - Houve redução rápida e progressiva do MinZ Esq após oclusão com balão, sendo a magnitude quase 3 vezes maior na FiO2 de 100% comparada a 50% (p < 0,001). Com válvulas a 50% o MinZ Esq apresentou redução inicial, mas teve incremento progressivo de forma que em T15 não mostrou diferença em relação ao Pré (p=0,20). Em média, o MinZ Dir não sofreu alteração significativa. Os dados da TC e pressão distal tiveram padrão similar aos achados de MinZ da TIE. O DeltaZ Esq apresentou redução imediata após oclusão e se manteve estável ao longo dos 15 minutos, sem diferença entre as FiO2 em cada método de oclusão. Conclusão- FiO2 a 100% promove maior taxa de redução volumétrica secundária a oclusão lobar seletiva quando comparado a 50% e a TIE apresentou resultados coerentes e concordantes com métodos complementares / Introduction - Patients with advanced pulmonary emphysema undergoing endoscopic lung volume reduction (ELVR) with one-way endobronchial valves (EBV) present better results when the treated lobe has negative collateral ventilation and lobar atelectasis is achieved. However, the positive response of deflation is associated with a higher occurrence of pneumothorax in this population. Recent recommendations emphasize the importance of intra- and postoperative procedures that seek to minimize the associated risks, but very little is addressed regarding the management of mechanical ventilation during the intervention. High inspired oxygen fraction (FiO2) is known to induce atelectasis by absorption and may play a relevant role in the modulation of volumetric reduction after selective occlusion. Currently, regional effects of ELVR with EBV is not monitored in real-time. Electrical impedance tomography (EIT) is a non-invasive and radiation-free imaging tool that provides regional real-time lung volume variation data by means of an electrode belt applied to the chest. In this context, the objective of this study is to use EIT to evaluate the influence of FiO2 on ELVR with EBV in an experimental normal lung swine model, an animal that lacks collateral ventilation. Methods - Five pigs were used in a crossover study of left lower lobe occlusion by two methods, one-way valves (valves) and intrabronchial balloon catheter (balloon), with FiO2 of 50% and 100% for 15 minutes at each stage. The balloon served as a control, where occlusion was ensured by direct bronchoscopic inspection and allowed a measurement of expiratory pressure distal to the occlusion in a representative animal. The positive end-expiratory pressure used was titrated by EIT for each animal and alveolar recruitment was performed at the end of each step to reverse the induced collapse. Minimum impedance value (MinZ) was recorded as an estimate of end-expiratory lung volume and tidal impedance variation (DeltaZ) as proportional to tidal volume, both expressed in arbitrary units of relative variation, from pre-occlusion (Pre) and every minute since occlusion (T0) up to 15 minutes (T15). In an additional animal, simultaneous acquisition of computed tomography (CT) and EIT was performed to quantify gas content. In all the analysis, regions of interest were right (R) and left (L). Results - There was a rapid and progressive reduction of MinZ-L after occlusion, with almost 3 times greater magnitude in FiO2 100% compared to 50% (p < 0.001). With valves at 50%, the MinZ-L presented initial reduction, but had a progressive increase so that in T15 there was no difference in relation to Pre (p = 0.20). On average, MinZ-R did not change significantly. CT and distal pressure data were consistent with EIT MinZ findings. DeltaZ-L presented immediate reduction after occlusion and remained stable throughout all 15 minutes, with no difference between FiO2 in each method of occlusion. Conclusion- FiO2 of 100% promotes greater rate of volumetric reduction following selective lobar occlusion when compared to 50%, and EIT presented coherent results in agreement with complementary methods

Introdução: As estratégias ventilatórias protetoras têm contribuído para a redução da letalidade da Síndrome do Desconforto Respiratório Agudo (SDRA), mas ainda está em debate qual, entre as diversas existentes, é a mais eficaz. A estratégia ARDSNet, muito utilizada na prática clínica, prioriza a redução do volume corrente para minimizar a hiperdistensão. As estratégias Open Lung Approach (OLA), além de procurarem reduzir a hiperdistensão, buscam minimizar o colapso pulmonar para evitar a atelectasia cíclica. Os métodos para ajuste da PEEP ideal nas estratégias OLA apresentam imperfeições: difícil implementação, não permitem avaliação regional do pulmão ou não podem ser realizados a beira leito. Uma estratégia OLA guiada por Tomografia de Impedância Elétrica (TIE) que permite a avaliação regional pulmonar de modo contínuo e a beira leito pode trazer benefícios. Objetivo: Comparar os efeitos fisiológicos (imagem, mecânica e trocas gasosas) ao longo de 42 h entre duas estratégias ventilatórias protetoras em um modelo suíno de SDRA (estratégia ARDSNET X estratégia guiada por TIE: (PEEPTIE). Comparar a mecânica pulmonar e troca gasosa nas duas estratégias ao final das 42 h de ventilação, em uma mesma condição de ventilação, para avaliar efeitos duradouros das estratégias sobre o parênquima pulmonar. Métodos: Sete porcos foram submetidos a ventilação mecânica por 42 horas em cada uma das duas estratégias. A lesão pulmonary foi induzida com lavagem de solução fisiológica associada a ventilação lesiva. No grupo PEEPTIE, a PEEP foi ajustada pela TIE após manobra de recrutamento, mantendo o pulmão com o mínimo de colapso menor que 5%), enquanto que na estratégia ARDSNet era ajustada através da tabela PEEPxFiO2. O volume corrente foi mantido entre 4-6ml/Kg em ambas estratégias, com a pressão de platô menor que 30 cmH2O. Resultados: Oxigenação e mecânica pulmonary eram semelhantes em ambos os grupos após a lesão pulmonar. Durante as 42h de protocolo, a troca gasosa foi significativamente maior no grupo PEEPTIE quando comparado ao grupo ARDSNet tanto no início (p< 0.01) quanto ao final do protocolo(p< 0.01). A PEEP inicial não foi diferente nas duas estratégias (p= 0.14), mas foi significantemente maior no grupo PEEPTIE (p< 0.01) em grande parte do período de 42 h e também ao final. Não houve diferença na pressão de platô entre os grupos (p=0.05). O delta de pressão foi significativamente maior no grupo ARDSNet no começo (p= 0.03) e ao final do protocolo (p= 0.00). Atelectasia cíclica (p < 0.01) e a porcentagem de tecido não-aerado (p= 0.029) foram significativamente maiores no grupo ARDSNet. Ao final do protocolo, nos mesmos ajuste de ventilação, a complacência pulmonar global (p=0.021) e regional (p= 0.002) foram significativamente maiores no grupo PEEPTIE, bem como a troca gasosa (p= 0.048). Conclusões: a estratégia PEEPTIE, quando comparada a estratégia ARDSNet determinou melhor oxigenação, menor grau de colapso e de atelectasia cíclica, além de melhor mecânica pulmonar, tanto global, quanto regional. Esta melhora foi mantida ao final das 42 horas, quando os dois grupos eram ventilados com os mesmos ajustes, sugerindo que a estratégia PEEPTIE determinou menor dano pulmonar / Introduction: Protective ventilatory strategies have contributed for the reduction in Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) mortality, but so far there is still debate which strategy is more effective. The ARDSNet strategy, used widely in the clinical practice, emphasizes in tidal volume reduction to minimize hiperdistension. The Open Lung Approach (OLA), besides the reduction of hiperdistension, emphasizes reduction of lung collapse to avoid tidal recruitment. The methods to adjust ideal PEEP in the OLA strategies have some imperfections: difficult implementation, do not allow regional lung evaluation or cant be performed at the bedside. The OLA strategy guided by Electrical Impedance Tomography (EIT) which allows a continuous and regional lung evaluation can bring benefits. Objective: Compare physiological effects (image, mechanics and gas exchange) during a period of 42 hours between two protective ventilatory strategies in an ARDS suine model (ARDSNet strategy x strategy guided by EIT PEEPTIE). Compare lung mechanics and gas exchange in both strategies at the end of 42 hours of ventilation, in the same ventilation condition, to evaluate the strategies longtime effects on lung parenchyma. Methods: Seven suines were submitted to mechanical ventilation for 42 hours in each ventilator strategy. Lung injury was induced by saline lavage associated to injurious mechanical ventilation. In the PEEPTIE arm, PEEP was selected by the electrical impedance tomography after a recruitment maneuver, trying to keep lung collapse at minimum, while the ARDSnet group followed a PEEPxFiO2 table. Tidal volume of 4-6ml/kg was maintained in both strategies, with a plateau pressure not higher than 30 cmH2O. Results: Oxygenation and lung mechanics were equally impaired in both arms after injury. During the 42 hours of protocol, gas exchange was significantly higher in the PEEPTIE arm as compared to the ARDSNet arm in the beginning (p< 0.01) and at the end of the protocol (p< 0.01). PEEP at the beginning of the protocol was similar between groups (p= 0.14), but at most part of the protocol and at the end, PEEP was significantly higher in the PEEPTIE arm (p< 0.01).There were no difference in plateau pressure (p=0.06). Driving pressure was significantly higher in the ARDSNet arm at the beginning (p= 0.03) and at the end (p= 0.00). Tidal recruitment was significantly higher in the ARDSNet arm (p < 0.01), and a higher percentage of non-aerated lung tissue (p= 0.029). At the end of the protocol, global lung compliance was significantly higher in the PEEPTIE arm (p=0.021), as for regional lung compliance (p= 0.002) and gas exchange (p= 0.048). Conclusion: The PEEPTIE strategy when compared to the ARDSNet strategy determined better gas exchange, lower percentage of collapse and tidal recruitment, besides better lung mechanics (global and regional). This improvement was maintained at the end of the 42 hours, when both groups were ventilated with the same parameters, suggesting that the PEEPTIE strategy determined less lung injury

A Tomografia de Impedância Elétrica (TIE) é um método de imagem que está sendo desenvolvido para uso em medicina, especialmente na terapia intensiva. Visando uma melhoria da resolução anatômica das imagens de TIE, foi desenvolvido um modelo fuzzy que leva em consideração a alta resolução temporal e as informações funcionais, contidas nos sinais de perfusão pulmonar e ventilação pulmonar. Foram elaborados três modelos fuzzy: modelagem fuzzy do mapa cardíaco, do mapa de ventilação pulmonar e do mapa de perfusão pulmonar. Um mapa comparativo de ventilação e perfusão foi gerado através de uma segmentação das imagens, segundo notas de corte sobre os valores dos pixels. As imagens de perfusão fuzzy foram comparadas com as imagens de perfusão obtidas pelo método de injeção de uma solução hipertônica, considerada como padrão-ouro das imagens de perfusão. O desempenho do modelo foi avaliado através da análise das imagens de TIE obtidas em experimentos animais com treze porcos. Os animais foram submetidos a diferentes condições fisiológicas através de lesão pulmonar, recrutamento pulmonar e intubação seletiva. O modelo global foi capaz de identificar a região cardíaca e pulmonar em todos os porcos, independentemente das condições fisiológicas a que foram submetidos. Os resultados foram bastante expressivos tanto em termos qualitativos (a imagem obtida pelo modelo foi bastante similar a da tomografia computadorizada) quanto em termos quantitativos (a área média da curva ROC foi de 0,84). Os resultados do estudo poderão servir de base para o desenvolvimento de ferramentas clínicas, baseadas em TIE, para diagnósticos de algumas patologias e situações críticas, tais como distúrbio entre ventilação e perfusão, pneumotórax e tromboembolismo pulmonar. / Electrical Impedance Tomography (EIT) is an image method that has been developed for use in medicine, specially in critical care medicine. Aiming at improving the anatomical resolution of EIT images a fuzzy model was developed based on EIT high temporal resolution and the functional information contained in the pulmonary perfusion and ventilation signals. Fuzzy models were elaborated for heart map modeling, ventilation and perfusion map modeling. Image segmentation was performed using a threshold method and a ventilation/perfusion map was generated. Fuzzy EIT perfusion map was compared with the hypertonic saline injection method, considered as the gold-standard for EIT perfusion image. The model performance was evaluated through analysis of EIT images obtained from animal experiment with thirteen pigs. The animals were submitted to different physiological conditions, such as ventilation induced lung injury, selective intubations and lung recruitment maneuver. The global model was able to identify both the cardiac and pulmonary regions in all animals. The results were expressive for both qualitative (the image obtained by the model was very similar to that of the CT-scan) and quantitative (the ROC curve area average was 0.84) analysis. These achievements could serve as the base to develop EIT diagnosis system for some critical diseases, such as ventilation to perfusion mismatch, pneumothorax and pulmonary thromboembolism.

This thesis is a combination of the development of numerical models regarding transient simulation of transmission lines and their advantages associated with fault location methods. The transmission line models presented in this work are in time-domain, which is a new approach considering traditional methods as being the phasor and traveling wave techniques. The use of phasors for this purpose has some technical difficulties: the presence of a damped DC component, greater influence of the fault impedance and metrological equipment layout. This work deals with single-phase AC and mono polar DC transmission lines. The proposed transmission line model has three main differentials compared to the traditional Bergeron model: full distribution of linear resistance; full distribution of leakage conductance; and just one recurrence of historical values. The first point is critical for evaluation of the exponential component of transient short circuit currents. The second point refers to the inclusion of the corona effect in the transmission line modeling. The single recurrence indicated in the third topic is given by the complete resolution of the telegrapher\'s equations, so there is no need of serial composition to improve waveform accuracy. The principle of fault location method is calculating the absolute difference between fault voltages seen by the transmission line ends. This technique guarantees a lower influence of the fault impedance and its electrical parameters. / Esta dissertação é uma combinação do desenvolvimento de modelos numéricos para simulação de transitórios eletromagnéticos em linhas de transmissão e suas benesses associadas à localização de faltas. Os modelos de linha de transmissão aqui apresentados estão no domínio do tempo, o que descaracteriza a abordagem tradicional de localização de faltas como técnicas fasoriais e ondas viajantes. A utilização de fasores para esse propósito admite algumas dificuldades técnicas: presença da componente DC amortecida, maior influência da impedância de falta e disposição dos equipamentos metrológicos. Abordam-se linhas de transmissão de sistemas alternado monofásico e contínuo monopolar. A modelagem proposta possui três principais diferenciais frente ao modelo de Bergeron: plena distribuição da resistência linear; plena distribuição da condutância transversal; e apenas uma recorrência a valores históricos. O primeiro ponto é fundamental para avaliação da componente exponencialmente amortecida das correntes transitórias de curto circuito. O segundo ponto se refere à inclusão do efeito corona no modelamento. A recorrência unitária apontada no terceiro tópico apresenta a vantagem de não ser necessária a composição em série do modelo para aprimorar a qualidade das formas de onda. O princípio de localização de faltas se dá pelo cálculo da diferença absoluta entre as tensões instantâneas de falta vistas pelos terminais da linha. Essa técnica garante uma menor influência de impedância de falta e dos parâmetros elétricos.

Introdução: A população mundial está envelhecendo, tornando a qualidade de vida do idoso uma demanda de estratégias imediatas sociais, políticas e econômicas. O processo de envelhecimento impõe modificações na composição corporal dos indivíduos, como o declínio gradual da massa e função muscular, definida por sarcopenia, que está associada a incapacidade, dependência e maior vulnerabilidade. A metodologia padrão de medida de índice de massa magra (IMM) é a densitometria (DEXA). Porém necessita de equipamento e treinamento de alta complexidade e custo. Objetivo: avaliar a acurácia das metodologias de mensuração de IMM no idoso, através de bioimpedância (BIA) e cálculos antropométricos comparadas a DEXA. Métodos: Idosos do sexo masculino de um serviço público terciário de geriatria foram submetidos a testes de força de preensão palmar, medidas antropométricas (peso, altura, circunferência de cintura e quadril, prega cutânea tricipital, resistência, reatância e massa apendicular), realização de bioimpedância e DEXA. Os dados obtidos foram aplicados em 3 equações validadas para predição de índice de massa muscular: dados antropométricos para equação de Baumgartner et al; dados da bioimpedância calculados segundo Janssen et al; Delmonico et al para dados de DEXA. Para a estratificação dos participantes em sarcopenicos e não sarcopenicos utilizamos as análises dos dados de IMM por DEXA e preensão palmar segundo seus limites de normalidade. Os dados foram submetidos a tabela de contingência 2x2 para sensibilidade, especificidade, valor preditivos e verossimilhança, ao teste de Bland Altman para análises de dispersão em relação a DEXA e os valores contínuos submetidos ao teste t student. Resultados: O perfil predominante dos 92 idosos que finalizaram todos os testes foi casado, 67% sedentários, 53% portadores de múltiplas morbidades em uso de polifarmácia, média de idade de 72,9±6,6 anos. Ambas metodologias BIA e antropometria mostraram correlação positiva com a DEXA(BIA: r =0,77 e p < 0,0001; antropometria:r=0,81 com p < 0,0001). Evidenciou-se prevalência de 28.2 % (n= 26) de sarcopenia entre os participantes. Os sarcopênicos apresentaram maior idade 76.6± 7,6 anos (p= 0.003), menor força de preensão palmar (24.1±4.7 kgf , p < 0.0001) e pior massa muscular apendicular 17.30 ±1.9 kfg (p=0.0001). A antropometria mostrou 35% (32 indivíduos) de prevalência de baixa massa livre de gordura, apresentando 86% de sensibilidade, Valor Preditivo Positivo (VPP) de 67% e razão de verossimilhança (RVP) de 4,5. Ao analisarmos os dados da BIA, encontramos 93% de sensibilidade, especificidade 70%, VPP de 37% e uma RVP de 3,2. Conclui-se que ambas BIA e antropometria apresentam alta acurácia para estimar IMM. Porém, a utilização de dados antropométricos mostrou ser quase tão sensível e mai específico do que a BIA quando comparados à DEXA. Acrescida a alta acurácia para inferir IMM, o cálculo antropométrico mostrou ser de fácil aplicação e baixo custo,confiável para diagnosticar a sarcopenia, avaliando além da massa magra, também a força muscular, fator determinante para funcionalidadee qualidade de vida do indivíduo idoso vulnerável. Estes resultados sugerem que a antrompometria é o método de escolha para triagem de grandes populações dando suporte às intervenções políticas, socio-econômicas em termos de saude publica e privada, e para acompanhamento de sarcopenia do individuo idoso, exequível em qualquer pais independente do seu nível sócio econômico / Introduction: The world\'s population is aging, making the elderly\'s quality of life a demand for immediate social, political and economic strategies. The aging process imposes changes in the body composition of individuals, such as the gradual decline of muscle mass and function, defined by sarcopenia, which is associated with incapacity, dependence and greater vulnerability. The standard methodology for measuring lean mass index (LMI) is densitometry (DXA). However, it requires expensive and high complexity equipment and personal training. Objective: to evaluate the accuracy of bioimpedance (BIA) and anthropometric calculations for measuring LMI in the elderly compared to DXA. Methods: Male seniors from a tertiary geriatrics public hospital were submitted to palmar grip strength tests, anthropometric measures (weight, height, waist and hip circumference, triceps skin fold, resistance, reactance and appendicular mass), BIA and DXA. The obtained data were applied in 3 validated equations for prediction of LMI: Baumgartner calculation for anthropometric data; Janssen calculation for bioimpedance data; Delmonico calculation for DXA data. Sarcopeny was defines as LMI by DXA and palmar grip according to their limits of normality. The data were submitted to a 2x2 contingency table for predictive sensitivity, specificity, likelihood values and predictive values; to the Bland Altman test for dispersion in relation to DXA and when continuous values to the student t test. Results: The predominant profile of the 92 elderly subjects who completed all the tests was married, 67% were sedentary, 53% had multiple comorbidities and polypharmacy, mean age was 72,9±6,6 years. Both BIA and anthropometry showed positive correlation with DXA (BIA: r = 0.77 and p < 0.0001; anthropometry: r = 0.81 , p < 0.0001). A prevalence of 28.2% (n = 26) of sarcopenia was observed among the participants. The sarcopenic individuals presented predominance of 76.6± 7,6 years of age (p = 0.10), lower palmar grip strength (24.1±4.7 kgf , p < 0.0001) and worse apendicular Muscle Mass 17.30 ±1.9 kfg (p=0.0001). Anthropometric calculations showed 35% prevalence of low fat free mass, presenting 86% sensitivity, 67% Positive Predictive Value (PPV) and 4,5 likelihood ratio (LR). BIA data presented 93% sensitivity, 70% specificity, 37% PPV, and a LR of 1.3. In conclusion both BIA and anthropometry present high accuracy to estimate LMI. However, anthropometric calculations showed more sensitivity, almost as specific as BIA when compared to DXA. In addition to high accuracy to infer LMI, the anthropometric calculation showed to be easily performed, applicable at low cost and reliable to diagnose sarcopenia. Besides the fat free mass, it also evaluates the muscular strength, a key point for functionability and quality of life of the elderly. These results suggest that anthropometry is the method of choice for screening for sarcopeny in the elderly and that it may support political, socioeconomic interventions in terms of public and private health, and for monitoring sarcopenia of the elderly individual, feasible in any country independent of its socioeconomic status

A Tomografia de Impedância Elétrica (TIE) é uma técnica relativamente nova e que tem se mostrado bastante promissora na obtenção de imagens do interior de um corpo explorando as diferenças entre as propriedades elétricas (condutividade e permissividade) dos diferentes materiais que o constituem. A técnica se baseia na aplicação de um perfil de potencial elétrico ou de corrente elétrica no contorno da seção do corpo e na medição da resposta. A partir da relação entre os dados da excitação e da resposta, estima-se a distribuição de condutividade no interior do domínio, o que pode ser traduzido, computacionalmente, como uma imagem dessa seção. Apesar de promissora, a TIE ainda apresenta dificuldades, principalmente no que se refere à resolução da imagem e ao elevado tempo computacional necessário para sua reconstrução. A reconstrução de uma imagem na TIE é uma tarefa realizada em duas etapas: primeiro deve-se resolver o problema direto, que se resume na determinação dos potencias elétricos no interior do domínio e das respostas no contorno a partir dos dados da excitação; segundo, deve-se resolver o problema inverso, que é a determinação da condutividade dos pontos internos do domínio a partir da relação entre os dados de excitação e resposta no contorno. Dependendo do método utilizado para a resolução do problema inverso, deve-se resolver o problema direto iterativamente inúmeras vezes, onerando computacionalmente o processo. Esse trabalho se propõe a aplicar o Método dos Elementos de Contorno (MEC) como técnica de resolução numérica do problema direto. A vantagem é que o MEC requer apenas a discretização do contorno e não de todo o domínio, como ocorre com os outros métodos. Essa redução na dimensão do problema diminui consideravelmente o tamanho do sistema linear a ser resolvido a cada resolução do problema direto, o que pode reduzir satisfatoriamente o tempo computacional empregado na reconstrução de cada imagem. Para isso, foi implementado um programa em linguagem C que resolve o problema direto da TIE, especificamente para um domínio bidimensional, utilizando o MEC. O programa, a princípio, aceita formas genéricas de geometria do domínio e de condições de contorno. Foram realizados testes com domínios quadrado e circular e com diferentes tipos e valores para as condições de contorno. Os resultados obtidos foram comparados tanto com resultados analíticos como obtidos na literatura e foram bastante satisfatórios. / The Electrical Impedance Tomography (EIT) is a quite new technique and has proved to be promising in obtaining inner body images exploring the differences between electric qualities (conductivity and permissity) of different materials that constitute it. The technique is based on applying an electric potential profile or electric current on the boundary of the body section and by measuring the response. From the relation of data of excitement and response, the distribution of conductivity in the interior of the dominion is assessed, what may be translated, computationally, as an image of that section. Although being promising, the EIT still presents difficulties, especially regarding image definition and the long time taken to its reconstruction. A EIT image reconstruction is a task done in two phases: first, one must solve the direct problem which is basically the determination of electrical potentials in the interior of the dominion and the responses on the boundary from the excitation data; second, the inverse problem must be solved, which is the determination of conductivity of the inner points of the dominion from the relation between the excitation data and the response on the boundary. Depending on the method used to solve the inverse problem, the direct problem must be iterative solved countless times, burdening the process computationally. This work has the purpose of applying the Boundary Element Method (BEM) as numeric resolution technique of the direct problem. The advantage is that the BEM requires only the discretization of the boundary and not of the whole dominion, as it occurs with the other methods. This decrease in the problem dimension reduces the size of the linear system to be solved at each resolution of the direct problem, what may reduce satisfactory the computational time employed on the reconstruction of each image. For that, a C language program was implemented, which solves the direct problem of the EIT, particularly for a two dimensional dominion, using the BEM. The program, at first, accepts generic forms of the dominion geometry and of boundary conditions. Tests were performed with square and circular and with different types and values for the boundaries conditions. The obtained results were compared to analytic results as well as the ones obtained from literature and were quite satisfactory.

INTRODUÇÃO: O primeiro passo na presença de derrame pleural maligno é a aspiração terapêutica do líquido para alívio dos sintomas e avaliar indicação de pleurodese. Infelizmente, em seres humanos a re-aeração e re- ventilação pulmonar após a retirada de líquido pleural foi avaliada apenas indiretamente. A tomografia de impedância elétrica (TIE) é uma técnica precisa que já foi extensivamente validada para quantificar aeração e ventilação pulmonar em tempo real e à beira-leito. O conhecimento das alterações em aeração e ventilação pulmonar após a retirada do líquido pleural é essencial para a compreensão da evolução clínica, objetivando novos esquemas de pleurodese e novos indicadores de reexpansão pulmonar. OBJETIVOS: Avaliar a aeração, ventilação e sincronia ventilatória antes e durante a primeira hora após a aspiração de um derrame pleural maligno. Objetivos secundários: correlacionar a re-aeração com variáveis que pudessem influenciá-la. Métodos: Critérios de inclusão: derrame pleural unilateral com necessidade de aspiração terapêutica e superior a 500 mL. Os sinais e imagens da TIE foram adquiridos em seis períodos diferentes: antes da aspiração pleural, imediatamente, 15, 30, 45 e 60 minutos após a aspiração. A re-aeração foi avaliada pela variação no valor da impedância (Z) ao final de uma expiração relaxada, enquanto a re-ventilação foi avaliada através da variação da impedância no volume corrente. Também medimos a sincronia entre os pulmões usando o ângulo de fase. Finalmente, correlacionamos à re-aeração final com o volume retirado, ângulo de fase inicial e elastância pleural. O pulmão afetado pelo derrame foi nomeado como ipsilateral e o não afetado como contralateral. RESULTADOS: Foram incluídos 22 pacientes. O volume médio aspirado foi 1438 ml. No pulmão ipsilateral, a média no final da expiração valor Z aumentou para 173,5 ± 122,3, imediatamente após a aspiração pleural (p <0,001), e a análise individual revelou que todos os pacientes ganharam re-aeracão pulmonar imediatamente, sem mais re-aerações após. O mesmo comportamento, mas com uma menor magnitude foi encontrado no pulmão contralateral. Na avaliação da re-ventilação, os pulmões ipsilateral e contralateral mostraram resultados heterogêneos, alguns aumentaram a ventilação, outros diminuíram ou mantiveram-na inalterada. Antes da aspiração pleural, a média do ângulo de fase foi de 93 ± 71 graus e diminuiu para 20 ± 30 graus, imediatamente após a aspiração pleural (p <0,001), sem outras alterações após. A re-aeração final correlacionou-se apenas com o volume de derrame aspirado (R2 = 0,49, p <0,01). CONCLUSÃO: Após a aspiração de derrame pleural unilateral neoplásico em pulmões não encarcerados, a re-aeração pulmonar ocorre imediatamente nos pulmões ipisilateral e contralateral, sem mais re-aeração durante a hora seguinte. As mudanças na re-ventilação mostram altas variações individuais. Há uma assincronia ventilatória entre os pulmões, que é imediatamente revertida pela aspiração pleural. A única variável correlacionada com a re-aeração do pulmão afetado é o volume de derrame drenado / INTRODUCTION: The first procedure in the management of a malignant pleural effusion is a therapeutic pleural aspiration to relieve symptoms and assess pleurodesis indication. Unfortunately, in humans the pulmonary re- aeration and re-ventilation after a pleural aspiration was evaluated only indirectly. Electrical impedance tomography (EIT) is an accurate, non- invasive and bedside method that has been extensively validated to quantify lung ventilation and aeration. The knowledge of changes in lung aeration and ventilation after a therapeutic pleural aspiration is essential to understand the clinical course, to propose new lung reexpansion predictors and pleurodesis schemas. OBJECTIVE: To measure the lung re-aeration, re-ventilation and ventilatory synchrony before and over the first hour after a therapeutic pleural aspiration for a malignant pleural effusion. As secondary objectives we correlate the lung re-aeration with variables that could influence them. METHODS: The inclusion criteria were the need of a therapeutic pleural aspiration of a unilateral effusion over 500 mL. EIT signals and images were acquired in six different periods: before the pleural aspiration, immediately and 15, 30, 45 and 60 minutes after the aspiration. The re-aeration was evaluated through the change in the end-expiratory lung impedance (Z), while the re-ventilation was evaluated through the change in tidal impedance. We also measure the ventilator synchrony between lungs using the phase angle. Finally we correlated the final re-aeration with the effusion volume drained, pleural elastances and baseline phase angle. The lung affected by the effusion was nominated as ipsilateral and the non-affected as contralateral. RESULTS: We included 22 patients. The mean volume of aspirated effusion was 1438 ml. In the ipsilateral lung, the mean end- expiratory Z value increased to 173.5 ± 122.3 immediately after the pleural aspiration (p < 0.001) and the individual analysis revealed that all patients re- aerated the lung immediately without further re-aeration thereafter. The same behavior but with a lower magnitude was found in the contralateral lung. The ipsilateral and contralateral lung re-ventilation showed heterogeneous results with patients increasing the ventilation, while others decreased or kept the ventilation unchanged. Before the pleural aspiration, the mean phase angle was 93 ± 71 degrees and decreased to 20 ± 30 degrees immediately after the pleural aspiration (p < 0.001), without further changes thereafter. The final re-aeration only correlated to the volume of effusion aspirated (R2 = 0.49; p < 0.01). CONCLUSION: In untrapped lungs, a pleural aspiration of a unilateral malignant pleural effusion causes an immediate re-aeration of the lung affected by the effusion and even of the contralateral lung, without further re-aeration over the next hour. The changes in ventilations show high individual variations. There is a ventilatory asynchrony between lungs that is immediately reversed by the aspiration. The only variable correlated to re- aeration of the affected lung is the effusion volume drained