Modelagem e análise Não-lineares de sinais respiratórios e cardiovasculares

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2001

RESUMO

Introdução. Cada vez mais são aplicadas algoritmos numéricos para analisar temporais experimentais em problemas de engenharia ,principalmente devido a disponibilidade de novos recursos tecnológicos. Não diferentemente ,tem se observado que e possível desenvolver aplicações em engenharia biomédica que empreguem este tipo de técnica em series temporais fisiológicas. Dentre tais técnicas de analise ,destacam-se aqueles associadas à modelagem de sistemas e à dinâmica nao-linear.O principal objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de técnicas ligadas aa teoria de sistemas não-lineares em conjuntos de dados fisiológicos respiratórios e cardiovasculares,apresentando resultados e conclusões quanto a natureza e características das series estudadas,evidenciando a presença de determinismo e certificando que trabalhos futuros possam empregar as mesmas técnicas para desenvolvimento de ferramentas. O emprego da modelagem e analise não-lineares no processamento de sinais fisiológicos experimentais é,de fato,potencial ferramenta na tentativa de desenvolver aplicações de diagnostico,monitoramento e em equipamentos ,alem da contribuição para pesquisas dos próprios fenômenos fisiológicos envolvidos e patologias. Para que ferramentas dinâmicas de modelagem e identificação de sistemas possam, ser empregadas ,espera-se que series experimentais possuam uma característica determinística.É também objetivo deste trabalho a verificação da presença de traços de determinismo nos dados,empregando para isso técnicas de modelagem e predição. Materiais e Métodos. O presente trabalho emprega dois conjuntos de series temporais fisiológicas experimentais ,sendo um deles , um conjunto de series de variabilidade de freqüência cardíaca (VFC) de ratos Wistar machos, e o segundo , de três series cardiorespiratoria registradas de um único paciente que sofre de apneia do sono(respiração,freqüência cardíaca e saturação de O² no sangue). Os conjuntos de series temporais foram escolhidos com o intuito de estudar dois problemas específicos de grande interesse em processamento de sinais biomédicos: a variabilidade da freqüência cardíaca(series de VFC de ratos)e a síndrome da apneia do sono( series multivariações do paciente que sofre desta patologia). Neste trabalho são empregados ferramentas matemáticas de modelagem e analise baseadas em sistemas dinâmicos não-lineares.Os modelos a serem apresentados e analisados são discretos ,isto é,consideram dados amostrados no tempo. Os métodos de modelagem empregados estão relacionados principalmente à: 10identificacao por meio de modelos NARMAX polinomiais e estimação de parâmetro e 2) modelos autorregressivos combinados com redes neurodifusas.Alem da modelagem de sistemas,pretende-se testar mecanismos de analise de series temporais fisiológicas baseadas em analise de modelos identificados destas series, ou seja, em um novo enfoque de aplicação de ferramentas de modelagem.A analise de modelos obtidos procurou considerar os aspectos ligadas a monitoramento,diagnostico automático e pesquisa de fenômenos fisiológicos associados. Resultados, dados de VFC de ratos Wistar. As series de VFC de ratos usadas foram submetidas a uma nova metodologia de detecção de traços de determinismo com objetivo analisar a natureza destas series e de assegurar que técnicas ligadas a teoria de sistemas não-lineares possam ser satisfatoriamente empregados. Os resultados sugerem que há evidencias da presença de determinismo nas series de VFC,e que tal presença parece parece diminuir sob bloqueio autonômico.Estes resultados contem importantes implicações para metodologia de analise da VFC, pois técnicas relacionadas a teoria de sistemas dinâmicos não-lineares podem ser aplicadas para extrair informações a respeito da modulação do sistema autônomo sobre a atividade cardíaca.Os resultados ligados à modelagem de sinais de VFC são apresentados em dois focos principais :modelagem fisiológica e modelagem por identificação caixa preta. No primeiro caso , um modelo fisiológico encontrado na literatura é apresentando e discutido. No segundo caso ,novos modelos NARMAX são apresentados. Embora os sinais tenham apresentados traços de determinismo , não foram encontrados evidencias para rejeitar a hipótese de que os sinais de VFC sejam aleatórios .Dessa forma, modelos apresentados consideram que há uma parcela aleatória em sinais VFC, e a obtenção de sinais sintéticos com características realísticas e robustas é uma evidencia de que realmente as flutuações associadas podem ter origens não-deterministicas.Resultados, Dados de apnéia. Novos modelos NARMAX multivariaveis são apresentados e discutidos , e o principal resultado mostrado refere-se a capacidade preditiva multcanal,isto é , baseada em predições livres em ambos os três canais fisiológicos considerados .É razoável afirmar que tal resultado reflete uma forte evidencia da presença determinística no dados , certificando a aplicação da técnicas baseadas em sistemas não-lineares.A analise destes modelos revela importantes características dos sinais experimentais ,sendo esta uma evidência de que é possível analisar sinais experimentais a partir de modelos identificados.Umas das aplicações possíveis é o emprego da representação Neo-Fuzzy Neuron na tentativa de monitorar a presença de apnéia .Portanto ,testes preliminares foram apresentados ,englobando modelagem estudos ,inclusive empregando uma diversidade maior de pacientes.Conclusões. Ambos problemas enfocados (ardiovascular e respiratório) trazem desafios quanto a analise e modelagem,porem os resultados se mostram promissores quanto a possibilidade de aplicar técnicas associadas à teoria de sistemas dinâmicos não-lineares,visando desenvolver ferramentas capazes de prover soluções em engenharia biomédica principalmente para monitoramento e diagnostico através de series experimentais. A analise de modelos identificados a partir das series temporais mostra que há uma forte evidencia da presença de determinismo nestas series,certificando que a ferramenta associadas à teoria de sistemas não-lineares possam ser empregadas em suas modelagem e análise .Os resultados obtidos reforçam que a modelagem mostra-se uma ferramenta promissora quanto à análise de estados clínicos,patológicos e aspectos fisiológicos associados.

ASSUNTO(S)

engenharia elétrica teses.

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