nÃo hà / This dissertation describes a system for analysis of heart rate variability through metrics on time and frequency domain and by non-linear methodology, which is initiated by the process of segmentation of the QRS complex of the electrocardiogram signal. The motivation for this work is the analysis of the influence from the algorithms of beat segmentation and selection of valid cardiac cycles for the variability analysis, which were developed in the research process, over the computation of the metrics. After determining the intervals between QRS complexes (RR), the cardiac cycles with ectopic beats, resultant of arrhythmic events or detection fails (false-positive or false negative) are excluded. Then, the available metrics of heart rate variability found on literature are computed over the time series of intervals between normal beats (NN): on time domain (statistical and geometrical methods), on frequency domain (VLF - Very Low Frequency, LF - Low Frequency and HF â High Frequency) and by non-linear methodology (Poincarà plot). The QRS detection and segmentation results are validated through simulation tests over exams from Arrhythmia Database and QT database of the MIT-BIH database. The manual annotations of the QRS fiducial points and QRS onset and offset are compared with the automatic detections. The results related to heart rate variability metrics are validated through the manual selection of beats, and consequently of the intervals between them, pertaining to exams selected from Arrhythmia Database and the computation of the referred metrics over them, comparing with those ones automatically generated by the proposed method. The system, which provides averages of positive predictivity as 99.35% and sensitivity as 99.02%, and averages of deviations between automatic and manual analysis of heart rate variability metrics varying from 0.05% to 5.24%, can be carried into several platforms, making possible its production in commercial scale. / Esta dissertaÃÃo descreve um sistema de analise da variabilidade da frequÃcia cardÃaca atravÃs de mÃtricas no domÃnio do tempo, da freqÃÃncia e por mÃtodo nÃo-linear a partir do processo de segmentaÃÃo do complexo QRS do sinal eletrocardiograma. O trabalho à motivado pela influÃncia dos algoritmos de segmentaÃÃo de batimentos e de seleÃÃo dos ciclos cardÃacos vÃlidos para anÃlise da variabilidade, esenvolvidos para este fim, na determinaÃÃo das mÃtricas de interesse. ApÃs a determinaÃÃo dos intervalos entre os complexos QRS (RR), sÃo excluÃdos os ciclos cardÃacos com batimentos ectÃpicos, resultantes de arritmia ou de falhas de detecÃÃo (falso-positivo ou falso-negativo). Em seguida, sobre a sÃrie temporal de intervalos entre batimentos normais NN sÃo calculadas as mÃtricas de variabilidade da freqÃÃncia cardÃaca disponÃveis na literatura: no domÃnio do tempo (mÃtodos estatÃsticos e geomÃtricos), no domÃnio da freqÃÃncia (componentes VLF - Very Low Frequency, LF - Low Frequency e HF - High Frequency) e por mÃtodo nÃo-linear (mapa de PoincarÃ). Os resultados de deteccÃo e segmentacÃo do QRS sÃo validados atravÃs de testes experimentais sobre exames das bases Arrhythmia Database e QT database do MIT-BIH, em que as marcaÃÃes manuais dos picos e das bordas dos batimentos sÃo comparadas com as detecÃÃes automÃticas. Os resultados obtidos quanto as mÃtricas de variabilidade sÃo validados atravÃs da seleÃÃo manual de batimentos e, por conseguinte, dos intervalos entre os mesmos, a partir de exames selecionados da base Arrhythmia Database por cardiologistas do Hospital UniversitÃrio Walter Cantidio (HUWC), e do cÃlculo das referidas mÃtricas, comparando-se com aquelas geradas automaticamente pelo mÃtodo proposto. O sistema, que apresenta taxas mÃdias de99,35% de preditividade positiva e 99,02% de sensibilidade, para detecÃÃo do QRS, e mÃdias de erros entre a anÃlise automÃtica e a anÃlise manual das mÃtricas de variabilidade variando entre 0,05% e 5,24%, pode ser embutido em diversas plataformas, viabilizando sua producÃo em escala comercial.

OLIVEIRA FILHO, Itamar Sales de. Time-frequency analysis : the bilinear Hilbert transform and the Carleson theorem. 2016. 109 f. Dissertação (Mestrado em Matemática em Rede Nacional) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-08-03T13:04:26Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_isoliveirafilho.pdf: 1052932 bytes, checksum: 65cea71bb69c14d263414a81de75c8d8 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-08-03T13:09:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_isoliveirafilho.pdf: 1052932 bytes, checksum: 65cea71bb69c14d263414a81de75c8d8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-03T13:09:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_isoliveirafilho.pdf: 1052932 bytes, checksum: 65cea71bb69c14d263414a81de75c8d8 (MD5) Previous issue date: 2016 / In 1966, Lennart Carleson proved that the Fourier series of a periodic function, square integrable over a fundamental domain of the real line converges to the same function almost everywhere. This result was revisited years later by Charles Fe erman (1973) and by Lacey and Thiele (2000). It is studied here Lacey and Thiele's work, where they approached the problem through time-frequency analysis. This proof was inspired in a previous work of theirs, where they establish boundedness for the bilinear Hilbert transform in Lebesgue spaces. The study of boundedness for this operator started with the attempts to establish boundedness for the first Calderon's commutator. Also through time-frequency analysis, it will be studied one of the works of Lacey and Thiele about the bilinear Hilbert transform. / Em 1966, Lennart Carleson provou que a série de Fourier de uma função periódica, quadrado-integrável em um domínio fundamental na reta converge para a prápria função em quase todo ponto. Esse resultado foi revisitado alguns anos depois por Charles Fefferman (1973) e por Lacey e Thiele (2000). É estudado aqui o trabalho desses ultimos, onde o problema é abordado através de análise de tempo e frequência. Essa demonstração foi inspirada em um trabalho anterior dos mesmos autores em que estabelecem limitação para a transformada de Hilbert bilinear em espaços de Lebesgue. O estudo da limitação desse operador começou com as tentativas de estabelecer limitação para o primeiro comutador de Calderón. Também sob o ponto de vista da análise de tempo e frequência, será estudado um dos trabalhos de Lacey e Thiele sobre a transformada de Hilbert bilinear.

Ingeniero Civil Electricista / Reducir costos asociados a un proceso es un tema transversal en la industria. Si bien las razones pueden ser de tipo económica o ambiental, la preocupación por esta materia ha transformado este tema en una directriz a nivel industrial, y gubernamental. En este contexto el concepto de eficiencia energética no es ajeno para nadie y el conocimiento de alternativas para lograr que un proceso sea eficiente energéticamente es cada vez más abundante. Un enfoque global de eficiencia energética involucra, además de los parámetros de análisis de costos, inversiones y utilidades, una mirada exhaustiva al proceso involucrado, a su entorno, a su puesta en marcha, desarrollo y término, pasando por la gestión de compra, transporte, mantención, etc. Es en este último concepto que este trabajo tiene sus fundamentos. Partiendo de la base de que en una planta industrial alrededor del 70% del consumo de energía está asociada a motores, de los cuales el 90% corresponde a un tipo específico de ellos que son los motores de inducción. Se aborda el tema de la mantención de estos equipos desde el punto de vista predictivo y se explica y fundamenta por qué el mantenimiento predictivo es ventajoso con respecto al mantenimiento correctivo. Con estos lineamientos se expone una metodología que utiliza el análisis de respuesta en frecuencia de un registro de corriente de estator de los motores para determinar fallas incipientes o ya avanzadas. Esta metodología es conocida por utilizar la transformada de Fourier para obtener el espectro de frecuencias de la señal de corriente. Paralelamente, se expone una metodología que, también a través del análisis del espectro de frecuencias, esta vez de la envolvente de la señal, mediante la utilización de la transformada de Hilbert, permite una identificación más fácil de las eventuales fallas. Para mostrar ambas metodologías se tomaron muestras mediante un equipo registrador de señales en la planta papelera de la empresa CMPC, Papeles Cordillera S.A. ubicada en Puente Alto, Chile. Luego de seleccionar adecuadamente las muestras y tabular los resultados, se obtiene el espectro de frecuencias de las señales de corriente mediante las metodologías mostradas y se analizan los resultados. Se concluye que la metodología de predicción y monitoreo de falla mediante el análisis del espectro de frecuencias de una señal de corriente es efectiva, y que el esquema de aplicación de la transformada de Hilbert proporciona una herramienta que facilita el trabajo haciéndolo simple y preciso.

nÃo hà / Sistemas automÃticos de auxÃlio ao diagnÃstico visam à extraÃÃo de mÃtricas especÃficas, podendo ser por algoritmos computacionais, de forma a subsidiar a anÃlise por parte do especialista de condiÃÃes orgÃnicas e fisiolÃgicas do paciente. No contexto da cardiologia, referidos sistemas sÃo particularmente importantes quando aplicados no processamento de sinais de longa duraÃÃo, como o eletrocardiograma (ECG) de 24 horas. As tÃcnicas para segmentaÃÃo e extraÃÃo automÃtica de parÃmetros do sinal ECG propostas nesta tese abrangem diversos campos de pesquisa. Inicialmente, o sistema realiza a detecÃÃo e a segmentaÃÃo do complexo QRS, relacionado à despolarizaÃÃo ventricular. Como metodologia, utiliza-se a combinaÃÃo das tÃcnicas do limiar adaptativo, das transformadas de Hilbert e Wavelet e do filtro derivativo com uma nova abordagem de reduÃÃo de prÃ-processamento e de seleÃÃo do fator de escala da Wavelet. Ao final desta etapa, obtÃm-se a sÃrie de intervalos RR, a sÃrie de duraÃÃes de cada complexo QRS e de suas amplitudes. No segundo momento, tem-se a detecÃÃo e a segmentaÃÃo da onda T, relacionada à repolarizaÃÃo ventricular. PropÃe-se um novo modelo matemÃtico do comportamento morfolÃgico da onda T baseado na funÃÃo Gaussiana, modificada por um procedimento matemÃtico de inserÃÃo de assimetria. Uma vez obtidos os parÃmetros de modelagem para uma dada morfologia predominante de onda T, a funÃÃo de correlaÃÃo cruzada à utilizada para a detecÃÃo do pico e uma tÃcnica baseada no cÃlculo da Ãrea de trapÃzios à utilizada para a localizaÃÃo do final da forma de onda. Dentre as mÃtricas derivadas das informaÃÃes extraÃdas, destaca-se a sÃrie de intervalos QT, segmento que vai do inÃcio de cada complexo QRS ao final de cada onda T. Finalizado o processo de segmentaÃÃo, dois estudos de caso sÃo realizados: subtraÃÃo da atividade ventricular em sinais eletrogramas atriais de pacientes com fibrilaÃÃo atrial (FA) e anÃlise de sÃries de variabilidade da frequÃncia cardÃaca (VFC) de um conjunto de pacientes idosos selecionados pelo AmbulatÃrio de Geriatria do Hospital UniversitÃrio WÃlter CantÃdio. A partir de experimentos de validaÃÃo em bases de dados diversas com anotaÃÃes manuais dos batimentos, obtÃm-se as seguintes taxas de detecÃÃo e erros de delineamento para o complexo QRS: sensibilidade de 99,51%, preditividade positiva de 99,44%, erro mÃdio de inÃcio (QRS onset) de 2,85  9,90 ms e erro mÃdio de final (QRS offset) de 2,83  12,26 ms. Com relaÃÃo à detecÃÃo e segmentaÃÃo da onda T, obtÃm-se os seguintes resultados: sensibilidade de 99,48%, preditividade positiva de 99,53%, erro mÃdio de localizaÃÃo de pico de 0,51  8,06 ms e erro mÃdio de localizaÃÃo de final da forma de onda de 0,11  11,73 ms. Quanto ao primeiro estudo de caso de uso dos pontos fiduciais detectados, a potÃncia mÃdia dos sinais eletrogramas atriais, apÃs a subtraÃÃo da atividade ventricular, à significativamente reduzida para frequÃncias acima de 10 Hz, predominantemente associadas ao complexo QRS, bem como para frequÃncias na faixa de 3 a 5 Hz, relacionadas à atividade elÃtrica de repolarizaÃÃo ventricular. Para o segundo estudo, a anÃlise do comportamento de mÃtricas no domÃnio da frequÃncia associadas à atividade do sistema nervoso simpÃtico permite o reconhecimento de tendÃncias prÃprias e caracterÃsticas, no que tange a aspectos de funcionamento/disautonomia do sistema nervoso autonÃmico, de cada classe prÃ-determinada de idosos segundo os conceitos de fenÃtipo de fragilidade: idosos frÃgeis, prÃ-frÃgeis e robustos. Os resultados obtidos sugerem que o conjunto de metodologias desenvolvidas para a segmentaÃÃo do sinal ECG apresenta altas taxas de precisÃo, repetibilidade e robustez a uma ampla gama de morfologias, podendo ser aplicado em diversos contextos de auxÃlio ao diagnÃstico. Dadas as mÃtricas e sÃries temporais que podem ser extraÃdas, os referidos mÃtodos tambÃm podem dar suporte a processos de investigaÃÃo clÃnica e desenvolvimento de marcadores/indicadores de eventos cardiovasculares adversos.

O processamento de sinais EEG permite interpretar, analisar, estudar, pesquisar e experimentar a atividade elétrica do cérebro como resposta para diferentes processos cognitivos, efeitos de drogas ou fármacos, estudo de doenças psiquiátricas ou neurológicas, entre outras. Esta dissertação é orientada ao reconhecimento de padrões cerebrais que permitam classificar estados cognitivos mediante os sinais de EEG registrados em sujeitos realizando tarefas programadas. Ademais espera-se obter a maior quantidade de padrões para cada estado cognitivo e procurar os parâmetros que oferecem maior informação, analisando as principais bandas cerebrais e todos os eletrodos disponíveis na base de dados. A metodologia usada compreende o registro de cinco tarefas cognitivas analisadas com três abordagens diferentes: análises de longe-range tenporal correlations com o algoritmo de Detrended Fluctuations Analysis (DFA), análise da potência dos sinais cerebrais utilizando a Transformada Ondeleta e finalmente o estudo da sincronia cerebral usando a Transformada de Hilbert. Conclui-se que as abordagens utilizadas nesta dissertação reportam alentadores resultados para diferenciar as tarefas cognitivas estudadas, demonstrando que a utilização da informação de todos os eletrodos e de suas principais bandas cerebrais contribuem de forma positiva. Também se consegue reconhecer e identificar quais parâmetros produzem maior informação para esta análise. / EEG signal processing allows interpreting, analyzing, studying, researching and experiencing the brain electrical activity in response to different cognitive processes, effects of drugs or drugs, the study of neurological or psychiatric diseases, among others. This thesis is oriented to the recognition of brain patterns to classify cognitive states using the EEG signals recorded from subjects performing mental tasks. Also, we expect to collect as many patterns as possible for each cognitive status and to seek parameters that provide more information, examine the major bands and all brain electrodes available in the database. The methodology used includes the registration of five cognitive tasks analyzed with three different approaches: analysis of long-range temporal-correlations with the Detrended Fluctuations Analysis (DFA) algorithm, the power analysis of brain signals using the Wavelet Transform and finally the study of phased looked brain using the Hilbert transform. The approaches used for this research report excellent results for differentiating the cognitive tasks studied, showing that the use of information from all the electrodes and their main brain bands contribute positively. Also, one can recognize and identify which parameters produce more information for this analysis.

O processamento de sinais EEG permite interpretar, analisar, estudar, pesquisar e experimentar a atividade elétrica do cérebro como resposta para diferentes processos cognitivos, efeitos de drogas ou fármacos, estudo de doenças psiquiátricas ou neurológicas, entre outras. Esta dissertação é orientada ao reconhecimento de padrões cerebrais que permitam classificar estados cognitivos mediante os sinais de EEG registrados em sujeitos realizando tarefas programadas. Ademais espera-se obter a maior quantidade de padrões para cada estado cognitivo e procurar os parâmetros que oferecem maior informação, analisando as principais bandas cerebrais e todos os eletrodos disponíveis na base de dados. A metodologia usada compreende o registro de cinco tarefas cognitivas analisadas com três abordagens diferentes: análises de longe-range tenporal correlations com o algoritmo de Detrended Fluctuations Analysis (DFA), análise da potência dos sinais cerebrais utilizando a Transformada Ondeleta e finalmente o estudo da sincronia cerebral usando a Transformada de Hilbert. Conclui-se que as abordagens utilizadas nesta dissertação reportam alentadores resultados para diferenciar as tarefas cognitivas estudadas, demonstrando que a utilização da informação de todos os eletrodos e de suas principais bandas cerebrais contribuem de forma positiva. Também se consegue reconhecer e identificar quais parâmetros produzem maior informação para esta análise. / EEG signal processing allows interpreting, analyzing, studying, researching and experiencing the brain electrical activity in response to different cognitive processes, effects of drugs or drugs, the study of neurological or psychiatric diseases, among others. This thesis is oriented to the recognition of brain patterns to classify cognitive states using the EEG signals recorded from subjects performing mental tasks. Also, we expect to collect as many patterns as possible for each cognitive status and to seek parameters that provide more information, examine the major bands and all brain electrodes available in the database. The methodology used includes the registration of five cognitive tasks analyzed with three different approaches: analysis of long-range temporal-correlations with the Detrended Fluctuations Analysis (DFA) algorithm, the power analysis of brain signals using the Wavelet Transform and finally the study of phased looked brain using the Hilbert transform. The approaches used for this research report excellent results for differentiating the cognitive tasks studied, showing that the use of information from all the electrodes and their main brain bands contribute positively. Also, one can recognize and identify which parameters produce more information for this analysis.

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[pt] Foram desenvolvidas fontes ópticas para obtenção de imagens por tomografia de coerência óptica com alta resolução. Dois tipos de abordagens foram realizados, uma com um laser contínuo sintonizável, que neste trabalho foi instrumentado com marcadores de frequência óptica, outra com uma fonte óptica pulsada de banda larga. Mediante um processo de calibricação desenvolvido neste trabalho, a fonte contínua forneceu resoluções de 8 μm e alcances até 0,5 mm, enquanto que a fonte pulsada forneceu resoluções de 3 μm e alcances de 300 μm. A fonte pulsada permitiu ainda a obtenção de imagens em tempo real com capacidade de captura de movimento do objeto. / [en] Optical sources to obtain images through high resolution optical coherence tomography were developed. Two approaches were taken, one with a continuously tunable external cavity laser which, in this work, was modified to produce optical frequency markers, the other with an ultra-wideband pulsed source. Using a calibration process we developed in this work the continuously tunable source continued to achieve resolutions 8 μm and ranges of 0.5 mm, while the pulsed source achieved resolutions of 3.3 μm and ranges of 300 μm. The pulsed source has the capacity to capture real time images.

Este trabalho tem seu foco na monitoração dos processos de usinagem das máquinas ferramentas sem a utilização de sensores dedicados à medição direta das grandezas mecânicas envolvidas no processo de usinagem em si. Assim sendo, optou-se por um método de medição indireta utilizando um estimador de potência e torque baseado nas grandezas elétricas na entrada de energia do motor de indução da máquina ferramenta. O núcleo central do trabalho consiste na medição de processos de usinagem utilizando um dinamômetro de alta precisão próprio para máquina ferramenta para obter os valores médios e os modos de vibração do processo máquina ferramenta-usinagem e fazer a confrontação com os mesmos dados obtidos pelo estimador de torque. A pesquisa realizada utilizou ferramentas clássicas de processamento de sinais, como é o caso da FFT, assim como duas poderosas ferramentas atuais, a transformada de wavelet (WT) e a transformada de Hilbert-Huang (HHT). Em adição foi utilizado um processo de otimização para a determinação dos parâmetros do motor de indução on-line baseado em uma metaheurística denominada busca de harmonia (Harmony Search HS) / This work focuses on monitoring the machining processes in machine tools without the use of dedicated transducers to directly measure mechanicals quantities of the machining process. The approached method used the option of measuring the power and torque through a estimator based in the electrical quantities in the input of the induction motor used by machine tool. The core of the work consists in the measuring the mechanical processes of machining using a high precision dynamometer specified to machine tool to get the average values of mechanical quantities and the vibration modes of the set machine tool-machining process, the objective is to compare the same data group got from dynamometer and estimator. The research data was based on classical analysis tool such as Fourier transform (FFT) and on modern powerful tools such as wavelet transforms (WT) and Hilbert-Huang transform (HHT). To refine the measuring process of average values of torque and power using the induction motor a method to estimates the motor parameters was added based on an optimization method named harmony search (HS).

Este trabalho tem seu foco na monitoração dos processos de usinagem das máquinas ferramentas sem a utilização de sensores dedicados à medição direta das grandezas mecânicas envolvidas no processo de usinagem em si. Assim sendo, optou-se por um método de medição indireta utilizando um estimador de potência e torque baseado nas grandezas elétricas na entrada de energia do motor de indução da máquina ferramenta. O núcleo central do trabalho consiste na medição de processos de usinagem utilizando um dinamômetro de alta precisão próprio para máquina ferramenta para obter os valores médios e os modos de vibração do processo máquina ferramenta-usinagem e fazer a confrontação com os mesmos dados obtidos pelo estimador de torque. A pesquisa realizada utilizou ferramentas clássicas de processamento de sinais, como é o caso da FFT, assim como duas poderosas ferramentas atuais, a transformada de wavelet (WT) e a transformada de Hilbert-Huang (HHT). Em adição foi utilizado um processo de otimização para a determinação dos parâmetros do motor de indução on-line baseado em uma metaheurística denominada busca de harmonia (Harmony Search HS) / This work focuses on monitoring the machining processes in machine tools without the use of dedicated transducers to directly measure mechanicals quantities of the machining process. The approached method used the option of measuring the power and torque through a estimator based in the electrical quantities in the input of the induction motor used by machine tool. The core of the work consists in the measuring the mechanical processes of machining using a high precision dynamometer specified to machine tool to get the average values of mechanical quantities and the vibration modes of the set machine tool-machining process, the objective is to compare the same data group got from dynamometer and estimator. The research data was based on classical analysis tool such as Fourier transform (FFT) and on modern powerful tools such as wavelet transforms (WT) and Hilbert-Huang transform (HHT). To refine the measuring process of average values of torque and power using the induction motor a method to estimates the motor parameters was added based on an optimization method named harmony search (HS).