A Framework of Fuzzy Diagnosis

Fault diagnosis has become an important component in intelligent systems, such as intelligent control systems and intelligent eLearning systems. Reiter's diagnosis theory, described by first-order sentences, has been attracting much attention in this field. However, descriptions and observations of most real-world situations are related to fuzziness because of the incompleteness and the uncertainty of knowledge, e. g., the fault diagnosis of student behaviors in the eLearning processes. In this paper, an extension of Reiter's consistency-based diagnosis methodology, Fuzzy Diagnosis, has been proposed, which is able to deal with incomplete or fuzzy knowledge. A number of important properties of the Fuzzy diagnoses schemes have also been established. The computing of fuzzy diagnoses is mapped to solving a system of inequalities. Some special cases, abstracted from real-world situations, have been discussed. In particular, the fuzzy diagnosis problem, in which fuzzy observations are represented by clause-style fuzzy theories, has been presented and its solving method has also been given. A student fault diagnostic problem abstracted from a simplified real-world eLearning case is described to demonstrate the application of our diagnostic framework.

The impact of neurodynamic testing on the perception of experimentally induced muscle pain

Neurodynamic tests such as the straight leg raising (SLR) and slump test are frequently used for assessment of mechanosensitivity of neural tissues. However, there is ongoing debate in the literature regarding the contributions of neural and non-neural tissues to the elicited symptoms because many structures are affected by these tests. Sensitizing manoeuvres are limb or spinal movements added to neurodynamic tests, which aim to identify the origin of the symptoms by preferentially loading or unloading neural structures. A prerequisite for the use of sensitizing manoeuvres to identify neural involvement is that the addition of sensitizing manoeuvres has no impact on pain perception when the origin of the pain is non-neural. In this study, experimental muscle pain was induced by injection of hypertonic saline in tibialis anterior or soleus in 25 asymptomatic, naive volunteers. A first experiment investigated the impact of hip adduction, abduction, medial and lateral rotation in the SLR position. In a second experiment, the different stages of the slump test were examined. The intensity and area of experimentally induced muscle pain did not increase when sensitizing manoeuvres were added to the SLR or throughout the successive stages of the slump test. The findings of this study lend support to the validity of the use of sensitizing manoeuvres during neurodynamic testing. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The impact of computer display height and desk design on 3D posture during information technology work by young adults

Computer display height and desk design to allow forearm support are two critical design features of workstations for information technology tasks. However there is currently no 3D description of head and neck posture with different computer display heights and no direct comparison to paper based information technology tasks. There is also inconsistent evidence on the effect of forearm support on posture and no evidence on whether these features interact. This study compared the 3D head, neck and upper limb postures of 18 male and 18 female young adults whilst working with different display and desk design conditions. There was no substantial interaction between display height and desk design. Lower display heights increased head and neck flexion with more spinal asymmetry when working with paper. The curved desk, designed to provide forearm support, increased scapula elevation/protraction and shoulder flexion/abduction.

Systemological Knowledge-based Technology for Solving Complete Ill-structured Problems

Original method and technology of systemological «Unit-Function-Object» analysis for solving complete ill-structured problems is proposed. The given visual grapho-analytical UFO technology for the fist time combines capabilities and advantages of the system and object approaches and can be used for business reengineering and for information systems design. UFO- technology procedures are formalized by pattern-theory methods and developed by embedding systemological conceptual classification models into the system-object analysis and software tools. Technology is based on natural classification and helps to investigate deep semantic regularities of subject domain and to take proper account of system-classes essential properties the most objectively. Systemological knowledge models are based on method which for the first time synthesizes system and classification analysis. It allows creating CASE-toolkit of a new generation for organizational modelling for companies’ sustainable development and competitive advantages providing.

Caractérisation tridimensionnelle de l’amplitude articulaire de l’épaule

L’épaule est l’articulation la plus mobile et la plus instable du corps humain dû à la faible quantité de contraintes osseuses et au rôle des tissus mous qui lui confèrent au moins une dizaine de degrés de liberté. La mobilité de l’épaule est un facteur de performance dans plusieurs sports. Mais son instabilité engendre des troubles musculo-squelettiques, dont les déchirures de la coiffe des rotateurs sont fréquentes et les plus handicapantes. L’évaluation de l’amplitude articulaire est un indice commun de la fonction de l’épaule, toutefois elle est souvent limitée à quelques mesures planaires pour lesquelles les degrés de liberté varient indépendamment les uns des autres. Ces valeurs utilisées dans les modèles de simulation musculo-squelettiques peuvent amener à des solutions non physiologiques. L’objectif de cette thèse était de développer des outils pour la caractérisation de la mobilité articulaire tri-dimensionnelle de l’épaule, en passant par i) fournir une méthode et son approche expérimentale pour évaluer l’amplitude articulaire tridimensionnelle de l’épaule incluant des interactions entre les degrés de liberté ; ii) proposer une représentation permettant d’interpréter les données tri-dimensionnelles obtenues; iii) présenter des amplitudes articulaires normalisées, iv) implémenter une amplitude articulaire tridimensionnelle au sein d’un modèle de simulation numérique afin de générer des mouvements sportifs optimaux plus réalistes; v) prédire des amplitudes articulaires sécuritaires et vi) des exercices de rééducation sécuritaires pour des patients ayant subi une réparation de la coiffe des rotateurs. i) Seize sujets ont été réalisé séries de mouvements d’amplitudes maximales actifs avec des combinaisons entre les différents degrés de liberté de l’épaule. Un système d’analyse du mouvement couplé à un modèle cinématique du membre supérieur a été utilisé pour estimer les cinématiques articulaires tridimensionnelles. ii) L’ensemble des orientations définies par une séquence de trois angles a été inclus dans un polyèdre non convexe représentant l’espace de mobilité articulaire prenant en compte les interactions entre les degrés de liberté. La combinaison des séries d’élévation et de rotation est recommandée pour évaluer l’amplitude articulaire complète de l’épaule. iii) Un espace de mobilité normalisé a également été défini en englobant les positions atteintes par au moins 50% des sujets et de volume moyen. iv) Cet espace moyen, définissant la mobilité physiologiques, a été utilisé au sein d’un modèle de simulation cinématique utilisé pour optimiser la technique d’un élément acrobatique de lâcher de barres réalisée par des gymnastes. Avec l’utilisation régulière de limites articulaires planaires pour contraindre la mobilité de l’épaule, seulement 17% des solutions optimales sont physiologiques. En plus, d’assurer le réalisme des solutions, notre contrainte articulaire tridimensionnelle n’a pas affecté le coût de calculs de l’optimisation. v) et vi) Les seize participants ont également réalisé des séries d’amplitudes articulaires passives et des exercices de rééducation passifs. La contrainte dans l’ensemble des muscles de la coiffe des rotateurs au cours de ces mouvements a été estimée à l’aide d’un modèle musculo-squelettique reproduisant différents types et tailles de déchirures. Des seuils de contrainte sécuritaires ont été utilisés pour distinguer les amplitudes de mouvements risquées ou non pour l’intégrité de la réparation chirurgicale. Une taille de déchirure plus grande ainsi que les déchirures affectant plusieurs muscles ont contribué à réduire l’espace de mobilité articulaire sécuritaire. Principalement les élévations gléno-humérales inférieures à 38° et supérieures à 65°, ou réalisées avec le bras maintenu en rotation interne engendrent des contraintes excessives pour la plupart des types et des tailles de blessure lors de mouvements d’abduction, de scaption ou de flexion. Cette thèse a développé une représentation innovante de la mobilité de l’épaule, qui tient compte des interactions entre les degrés de liberté. Grâce à cette représentation, l’évaluation clinique pourra être plus exhaustive et donc élargir les possibilités de diagnostiquer les troubles de l’épaule. La simulation de mouvement peut maintenant être plus réaliste. Finalement, nous avons montré l’importance de personnaliser la rééducation des patients en termes d’amplitude articulaire, puisque des exercices passifs de rééducation précoces peuvent contribuer à une re-déchirure à cause d’une contrainte trop importante qu’ils imposent aux tendons.

Children's Postures While Playing at Computer Workstations

There has been a significant increase in the incidence of musculoskeletal disorders (MSD) and the costs associated with these are predicted to increase as the popularity of computer use increases at home, school and work. Risk factors have been identified in the adult population but little is known about the risk factors for children and youth. Research has demonstrated that they are not immune to this risk and that they are self reporting the same pain as adults. The purpose of the study was to examine children’s postures while working at computer workstations under two conditions. One was at an ergonomically adjusted children’s workstation while the second was at an average adult workstation. A Polhemus Fastrak™ system was used to record the children’s postures and joint and segment angles were quantified. Results of the study showed that children reported more discomfort and effort at the adult workstation. Segment and joint angles showed significant differences through the upper limb at the adult workstation. Of significance was the strategy of shoulder abduction and flexion that the children used in order to place their hand on the mouse. Ulnar deviation was also greater at the adult workstation as was neck extension. All of these factors have been identified in the literature as increasing the risk for injury. A comparison of the children’s posture while playing at the children’s workstation verses the adult workstation, showed that the postural angles assumed by the children at an adult workstation exceeded the Occupational Safety and Health Association (OSHA) recommendations. Further investigation is needed to increase our knowledge of MSD in children as their potential for long term damage has yet to be determined.

LHC main dipole magnet circuits: sustaining near-nominal beam energies

Crossing the Franco-Swiss border, the Large Hadron Collider (LHC), designed to collide 7 TeV proton beams, is the world's largest and most powerful particle accelerator the operation of which was originally intended to commence in 2008. Unfortunately, due to an interconnect discontinuity in one of the main dipole circuit's 13 kA superconducting busbars, a catastrophic quench event occurred during initial magnet training, causing significant physical system damage. Furthermore, investigation into the cause found that such discontinuities were not only present in the circuit in question, but throughout the entire LHC. This prevented further magnet training and ultimately resulted in the maximum sustainable beam energy being limited to approximately half that of the design nominal, 3.5-4 TeV, for the first three years of operation (Run 1, 2009-2012) and a major consolidation campaign being scheduled for the first long shutdown (LS 1, 2012-2014). Throughout Run 1, a series of studies attempted to predict the amount of post-installation training quenches still required to qualify each circuit to nominal-energy current levels. With predictions in excess of 80 quenches (each having a recovery time of 8-12+ hours) just to achieve 6.5 TeV and close to 1000 quenches for 7 TeV, it was decided that for Run 2, all systems be at least qualified for 6.5 TeV operation. However, even with all interconnect discontinuities scheduled to be repaired during LS 1, numerous other concerns regarding circuit stability arose. In particular, observations of an erratic behaviour of magnet bypass diodes and the degradation of other potentially weak busbar sections, as well as observations of seemingly random millisecond spikes in beam losses, known as unidentified falling object (UFO) events, which, if persist at 6.5 TeV, may eventually deposit sufficient energy to quench adjacent magnets. In light of the above, the thesis hypothesis states that, even with the observed issues, the LHC main dipole circuits can safely support and sustain near-nominal proton beam energies of at least 6.5 TeV. Research into minimising the risk of magnet training led to the development and implementation of a new qualification method, capable of providing conclusive evidence that all aspects of all circuits, other than the magnets and their internal joints, can safely withstand a quench event at near-nominal current levels, allowing for magnet training to be carried out both systematically and without risk. This method has become known as the Copper Stabiliser Continuity Measurement (CSCM). Results were a success, with all circuits eventually being subject to a full current decay from 6.5 TeV equivalent current levels, with no measurable damage occurring. Research into UFO events led to the development of a numerical model capable of simulating typical UFO events, reproducing entire Run 1 measured event data sets and extrapolating to 6.5 TeV, predicting the likelihood of UFO-induced magnet quenches. Results provided interesting insights into the involved phenomena as well as confirming the possibility of UFO-induced magnet quenches. The model was also capable of predicting that such events, if left unaccounted for, are likely to be commonplace or not, resulting in significant long-term issues for 6.5+ TeV operation. Addressing the thesis hypothesis, the following written works detail the development and results of all CSCM qualification tests and subsequent magnet training as well as the development and simulation results of both 4 TeV and 6.5 TeV UFO event modelling. The thesis concludes, post-LS 1, with the LHC successfully sustaining 6.5 TeV proton beams, but with UFO events, as predicted, resulting in otherwise uninitiated magnet quenches and being at the forefront of system availability issues.

Kinematic and electromyographic analysis of the overhead squat in individuals showing excessive medial knee displacement

Dynamic knee valgus is a multi-planar motion that has been associated with anterior cruciate ligament injuries and patellofemoral pain syndrome. Clinical assessment of dynamic knee valgus can be made by looking for the visual appearance of excessive medial knee displacement (MKD) in the double-leg squat (DLS). The purpose of this dissertation was to identify the movement patterns and neuromuscular strategies associated with MKD during the DLS. Twenty-four control subjects and eight individuals showing MKD during the DLS participated in the study. Significant differences were verified between subjects that demonstrated MKD and a control (CON) group for the eletromyographic amplitude of adductor magnus, biceps femoris, vastus lateralis and vastus medialis muscles (p < 0.05), during the descending phase of the DLS. During the ascending phase were found group differences for adductor magnus and rectus femoris muscles (p < 0.05). Results from kinematic analysis revealed higher minimum and maximum values of ankle abduction and knee internal rotation angles (p < 0.05) for the MKD group. Also, individuals showing excessive MKD had higher hip adduction/abduction excursion. Our results suggested that higher tibial internal rotation and knee internal rotation angles in the initial position of the DLS are associated with MKD. The neuromuscular strategies that contributed to MKD were higher adductor magnus activation, whereas biceps femoris, vastus lateralis and vastus medialis activated more to stabilize the knee in response to the internal rotation moment.

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Caracterización de patologías del hombro relacionadas con el origen y prestaciones asistenciales y económicas en una EPS, Bogotá, 2012 a 2014

Introducción: Las patologías del hombro suelen ser una de las causas de mayor solicitud de consulta en el ámbito laboral, con generación de incapacidad y pérdidas económicas, tanto para el afectado como para la empresa e incluso, la Entidad Promotora de Salud responsable de la atención y tratamiento. Entre las patologías de hombro más frecuentes se hallan el síndrome del manguito rotador, bursitis del hombro, síndrome de abducción dolorosa del hombro, tendinitis del bíceps, traumatismos del tendón del manguito rotador y tendinitis calcificante del hombro. Objetivo: Determinar y caracterizar las patologías del hombro de origen común y laboral, las prestaciones asistenciales y económicas que de estas se deriva en una EPS durante el periodo 2012 a 2014 en la ciudad de Bogotá. Metodología: Se realizó un estudio de corte transversal con datos secundarios procedentes de 657 afiliados del Régimen Contributivo en una EPS de la ciudad de Bogotá, con información de las patologías del hombro registradas de origen común y laboral, durante el periodo de 2012 a 2014. Las variables incluidas fueron las sociodemográficas, ocupacionales y clínicas. Se describieron las variables cualitativas en términos de proporción y las variables cuantitativas a través de medidas de tendencia central (medias/ medianas) y dispersión (rangos, desviación estándar, cuartiles). Para evaluar la asociación entre variables se utilizó la prueba de Chi cuadrado de Pearson usando nivel de significación α de 0,05. Resultados: Del total de afiliados se encontró que el 27,3% de las patologías fueron de origen laboral y el resto de origen común, predominando el género femenino (76.9%); el estado civil casado (34,4%), la escolaridad secundaria (60,4%). Un alto porcentaje de los pacientes se han desempeñado en la industria manufacturera (51%) y el diagnóstico más frecuente fue el síndrome de manguito rotatorio (89,2%). Al revisar los factores asociados con el origen de la patología en la calificación de estas, se encontró asociación con la edad (p = 0,000), la escolaridad (p = 0,013), la actividad económica (p = 0,0000), el factor ocupacional ergonómico (p = 0,0000) y con los diagnósticos de patologías del hombro (p = 0,025). Los días de incapacidad por las patologías del hombro reportaron una mediana de 111 días con rango de 0 a 1925 días. El tiempo de exposición al factor de riesgo ocupacional presento un rango de 6 a 470 meses, los costos por las patologías del hombro generadas correspondieron a un rango de $4000 a $68894438, con una mediana de $2287304. Es transcendental diagnosticar a tiempo e instaurar medidas terapéuticas, que permitan mejorar la sintomatología que ocasionan las patologías del hombro y la alteración en la funcionalidad del mismo, minimizando así los costos y días de incapacidad que a esto conlleva.