Seleção de características para identificação de diferentes proporções de tipos de fibras musculares por meio da eletromiografia de superfície

Skeletal muscle consists of muscle fiber types that have different physiological and biochemical characteristics. Basically, the muscle fiber can be classified into type I and type II, presenting, among other features, contraction speed and sensitivity to fatigue different for each type of muscle fiber. These fibers coexist in the skeletal muscles and their relative proportions are modulated according to the muscle functionality and the stimulus that is submitted. To identify the different proportions of fiber types in the muscle composition, many studies use biopsy as standard procedure. As the surface electromyography (EMGs) allows to extract information about the recruitment of different motor units, this study is based on the assumption that it is possible to use the EMG to identify different proportions of fiber types in a muscle. The goal of this study was to identify the characteristics of the EMG signals which are able to distinguish, more precisely, different proportions of fiber types. Also was investigated the combination of characteristics using appropriate mathematical models. To achieve the proposed objective, simulated signals were developed with different proportions of motor units recruited and with different signal-to-noise ratios. Thirteen characteristics in function of time and the frequency were extracted from emulated signals. The results for each extracted feature of the signals were submitted to the clustering algorithm k-means to separate the different proportions of motor units recruited on the emulated signals. Mathematical techniques (confusion matrix and analysis of capability) were implemented to select the characteristics able to identify different proportions of muscle fiber types. As a result, the average frequency and median frequency were selected as able to distinguish, with more precision, the proportions of different muscle fiber types. Posteriorly, the features considered most able were analyzed in an associated way through principal component analysis. Were found two principal components of the signals emulated without noise (CP1 and CP2) and two principal components of the noisy signals (CP1 and CP2 ). The first principal components (CP1 and CP1 ) were identified as being able to distinguish different proportions of muscle fiber types. The selected characteristics (median frequency, mean frequency, CP1 and CP1 ) were used to analyze real EMGs signals, comparing sedentary people with physically active people who practice strength training (weight training). The results obtained with the different groups of volunteers show that the physically active people obtained higher values of mean frequency, median frequency and principal components compared with the sedentary people. Moreover, these values decreased with increasing power level for both groups, however, the decline was more accented for the group of physically active people. Based on these results, it is assumed that the volunteers of the physically active group have higher proportions of type II fibers than sedentary people. Finally, based on these results, we can conclude that the selected characteristics were able to distinguish different proportions of muscle fiber types, both for the emulated signals as to the real signals. These characteristics can be used in several studies, for example, to evaluate the progress of people with myopathy and neuromyopathy due to the physiotherapy, and also to analyze the development of athletes to improve their muscle capacity according to their sport. In both cases, the extraction of these characteristics from the surface electromyography signals provides a feedback to the physiotherapist and the coach physical, who can analyze the increase in the proportion of a given type of fiber, as desired in each case.

Modelagem e análise dinâmica de um sistema de conversão de energia eólica dotado de gerador síncrono de imã permanente utilizando a plataforma ATP

Human development requires a broad balance between ecological, social and economic factors in order to ensure its own sustainability. In this sense, the search for new sources of energy generation, with low deployment and operation costs, which cause the least possible impact to the environment, has been the focus of attention of all society segments. To do so, the reduction in exploration of fossil fuels and the encouragement of using renewable energy resources for distributed generation have proved interesting alternatives to the expansion of the energy matrix of various countries in the world. In this sense, the wind energy has acquired an increasingly significant role, presenting increasing rates of power grid penetration and highlighting technological innovations such as the use of permanent magnet synchronous generators (PMSG). In Brazil, this fact has also been noted and, as a result, the impact of the inclusion of this source in the distribution and sub-transmission power grid has been a major concern of utilities and agents connected to Brazilian electrical sector. Thus, it is relevant the development of appropriate computational tools that allow detailed predictive studies about the dynamic behavior of wind farms, either operating with isolated load, either connected to the main grid, taking also into account the implementation of control strategies for active/reactive power generation and the keeping of adequate levels of voltage and frequency. This work fits in this context since it comprises mathematical and computational developments of a complete wind energy conversion system (WECS) endowed with PMSG using time domain techniques of Alternative Transients Program (ATP), which prides itself a recognized reputation by scientific and academic communities as well as by electricity professionals in Brazil and elsewhere. The modeling procedures performed allowed the elaboration of blocks representing each of the elements of a real WECS, comprising the primary source (the wind), the wind turbine, the PMSG, the frequency converter, the step up transformer, the load composition and the power grid equivalent. Special attention is also given to the implementation of wind turbine control techniques, mainly the pitch control responsible for keeping the generator under the maximum power operation point, and the vector theory that aims at adjusting the active/reactive power flow between the wind turbine and the power grid. Several simulations are performed to investigate the dynamic behavior of the wind farm when subjected to different operating conditions and/or on the occurrence of wind intensity variations. The results have shown the effectiveness of both mathematical and computational modeling developed for the wind turbine and the associated controls.

Digital nonlinear equalization for optical transmission systems

This thesis focuses on digital equalization of nonlinear fiber impairments for coherent optical transmission systems. Building from well-known physical models of signal propagation in single-mode optical fibers, novel nonlinear equalization techniques are proposed, numerically assessed and experimentally demonstrated. The structure of the proposed algorithms is strongly driven by the optimization of the performance versus complexity tradeoff, envisioning the near-future practical application in commercial real-time transceivers. The work is initially focused on the mitigation of intra-channel nonlinear impairments relying on the concept of digital backpropagation (DBP) associated with Volterra-based filtering. After a comprehensive analysis of the third-order Volterra kernel, a set of critical simplifications are identified, culminating in the development of reduced complexity nonlinear equalization algorithms formulated both in time and frequency domains. The implementation complexity of the proposed techniques is analytically described in terms of computational effort and processing latency, by determining the number of real multiplications per processed sample and the number of serial multiplications, respectively. The equalization performance is numerically and experimentally assessed through bit error rate (BER) measurements. Finally, the problem of inter-channel nonlinear compensation is addressed within the context of 400 Gb/s (400G) superchannels for long-haul and ultra-long-haul transmission. Different superchannel configurations and nonlinear equalization strategies are experimentally assessed, demonstrating that inter-subcarrier nonlinear equalization can provide an enhanced signal reach while requiring only marginal added complexity.

Desenvolvimento de equipamento para medir os intervalos R-R

This study aimed to develop a device to measure RR intervals, which have high correlation with the values of the gold standard device of electrocardiograph (ECG), by the time domain and frequency domain indices. To this end, a study was conducted with 18 students of Jiu-Jitsu, males with 35.5 ± 8.6 years, at least a weekly frequency of 3 times and one year training. The location was at the academy Gracie Barra de Curitiba PR. They underwent an examination at rest for a period of 7 minutes and then the results were converted into heart rate variability (HRV) and analyzed by the indexes in the time domain and the frequency domain. The results were compared statistically using the Pearson test and intraclass correlation (ICC) and according to them proves to be viable the development of this equipment, which is highly correlated and excellent reproducibility for measuring the RR intervals.

Correlação entre o sinal mecanomiográfico e a escala modificada de Ashworth durante avaliação clínica da espasticidade

Spasticity is a common disorder in people who have upper motor neuron injury. The involvement may occur at different levels. The Modified Ashworth Scale (MAS) is the most used method to measure involvement levels. But it corresponds to a subjective evaluation. Mechanomyography (MMG) is an objective technique that quantifies the muscle vibration during the contraction and stretching events. So, it may assess the level of spasticity accurately. This study aimed to investigate the correlation between spasticity levels determined by MAS with MMG signal in spastic and not spastic muscles. In the experimental protocol, we evaluated 34 members of 22 volunteers, of both genders, with a mean age of 39.91 ± 13.77 years. We evaluated the levels of spasticity by MAS in flexor and extensor muscle groups of the knee and/or elbow, where one muscle group was the agonist and one antagonist. Simultaneously the assessment by the MAS, caught up the MMG signals. We used a custom MMG equipment to register and record the signals, configured in LabView platform. Using the MatLab computer program, it was processed the MMG signals in the time domain (median energy) and spectral domain (median frequency) for the three motion axes: X (transversal), Y (longitudinal) and Z (perpendicular). For bandwidth delimitation, we used a 3rd order Butterworth filter, acting in the range of 5-50 Hz. Statistical tests as Spearman's correlation coefficient, Kruskal-Wallis test and linear correlation test were applied. As results in the time domain, the Kruskal-Wallis test showed differences in median energy (MMGME) between MAS groups. The linear correlation test showed high linear correlation between MAS and MMGME for the agonist muscle as well as for the antagonist group. The largest linear correlation occurred between the MAS and MMG ME for the Z axis of the agonist muscle group (R2 = 0.9557) and the lowest correlation occurred in the X axis, for the antagonist muscle group (R2 = 0.8862). The Spearman correlation test also confirmed high correlation for all axes in the time domain analysis. In the spectral domain, the analysis showed an increase in the median frequency (MMGMF) in MAS’ greater levels. The highest correlation coefficient between MAS and MMGMF signal occurred in the Z axis for the agonist muscle group (R2 = 0.4883), and the lowest value occurred on the Y axis for the antagonist group (R2 = 0.1657). By means of the Spearman correlation test, the highest correlation occurred between the Y axis of the agonist group (0.6951; p <0.001) and the lowest value on the X axis of the antagonist group (0.3592; p <0.001). We conclude that there was a significantly high correlation between the MMGME and MAS in both muscle groups. Also between MMG and MAS occurred a significant correlation, however moderate for the agonist group, and low for the antagonist group. So, the MMGME proved to be more an appropriate descriptor to correlate with the degree of spasticity defined by the MAS.

Railgun

Com a presente evolução das railguns na Marinha dos Estados Unidos da América e possível instalação em seus navios num futuro muito próximo, outras marinhas se seguirão. Creio que será do interesse da Marinha Portuguesa acompanhar esta evolução tecnológica, considerando as vantagens que advém da adoção deste tipo de armamento. Neste documento são abordados os princípios básicos subjacentes ao funcionamento da railgun, com principal foco nas questões eletrodinâmicas. Pretende-se adquirir familiaridade com este novo tipo de armamento através do estudo crítico dos seus princípios de funcionamento. O princípio básico de funcionamento de uma railgun, à primeira vista, parece bastante simples, à luz da aplicação imediata da expressão da força de Lorentz sobre um condutor percorrido por corrente elétrica. No entanto, tudo se torna mais complicado no caso de uma variação rápida dos parâmetros envolvidos (regime transitório), que exige uma análise mais aprofundada do comportamento da corrente, campos elétrico e magnético, e todos os materiais envolvidos neste sistema. Este trabalho envolveu ainda a construção de duas railguns, uma primeira de dimensões mais pequenas para ganhar familiaridade com o sistema, e uma última de dimensões de laboratório na qual foram feitos vários disparos para testar diferentes tipos de material e dimensões de projétil. Em suma, é demonstrado neste documento uma análise, no domínio do tempo, da distribuição espacial do campo eletromagnético, corrente elétrica e consequente fluxo de energia, complementados por uma parte experimental.

Uma metodologia unificada no domínio tempo para sistemas concentrados, discretos e distribuídos

A resposta impulso é utilizada como ferramenta padrão no estudo direto de sistemas concentrados, discretos e distribuídos de ordem arbitrária. Esta abordagem leva ao desenvolvimento de uma plataforma unificada para a obtenção de respostas dinâmicas. Em particular, as respostas forçadas dos sistemas são decompostas na soma de uma resposta permanente e de uma resposta livre induzida pelos valores iniciais da resposta permanente. A teoria desenvolve-se de maneira geral e direta para sistemas de n-ésima ordem, introduzindo-se a base dinâmica gerada pela resposta impulso na forma padrão e normalizada, sem utilizar-se a formulação de estado, através da qual reduz-se um sistema de ordem superior para um sistema de primeira ordem. Considerou-se sistemas de primeira ordem a fim de acompanhar-se os muitos resultados apresentados na literatura através da formulação de espaço de estado. Os métodos para o cálculo da resposta impulso foram classificados em espectrais, não espectrais e numéricos. A ênfase é dada aos métodos não espectrais, pois a resposta impulso admite uma fórmula fechada que requer o uso de três equações características do tipo algébrica, diferencial e em diferenças Realizou-se simulações numéricas onde foram apresentados modelos vibratórios clássicos e não clássicos. Os sistemas considerados foram sistemas do tipo concentrado, discreto e distribuído. Os resultados da decomposição da resposta dinâmica de sistemas concentrados diante de cargas harmônicas e não harmônicas foram apresentados em detalhe. A decomposição para o caso discreto foi desenvolvida utilizando-se os esquemas de integração numérica de Adams-Basforth, Strömer e Numerov. Para sistemas distribuídos, foi considerado o modelo de Euler-Bernoulli com força axial, sujeito a entradas oscilatórias com amplitude triangular, pulso e harmônica. As soluções permanentes foram calculadas com o uso da função de Green espacial. A resposta impulso foi aproximada com o uso do método espectral.

Integração semi-Lagrangeana num modelo oceano-atmosfera e ajuste geostrófico no domínio tempo

Este trabalho visa o uso da função de Green de valor inicial no ajuste geostrófico e do método Semi-Lagrangeano na integração de um modelo acoplado oceano-atmosfera descrito pelas equações de águas rasas. O ajuste geostrófico é considerado atravées de perturbações na pressão e do vento. No caso de sistemas sem rotação, é discutida a relação da equação hidrostática com ondas longas não-dispersivas. Com rotação, a conservação da vorticidade potencial permite escolher a elevação correspondente a um estado de equilíbrio geostrófico. O sistema de equações de águas rasas é desacoplado em equações de Klein-Gordon com valores iniciais e termos não-homogêneos acoplados. A resposta dinâmica formada pela resposta transiente e a resposta forçada é obtida para uma perturbação inicial da elevação. A ação do vento como forçante nas equações de momento 2D, através do transporte de Eckman, conduz a uma equação de águas rasas forçada. Uma decomposição da resposta forçada é realizada com uma resposta permanente, que satisfaz a equação de Helmholtz , e com o uso da base dinâmica gerada pela resposta impulso. Um modelo hidrodinâmico 3D introduzido por Casulli e governado por equações não-lineares de águas rasas é integrado na vertical para a obtenção de um modelo 2D. Com isto, as condições de contorno devido a tensão do vento e a fricção devido a topografia do fundo, transformam-se em forçantes do modelo. O modelo foi integrado com um método semi-implícito em diferenças finitas, utilizando-se o método Semi-Lagrangeano para a parte advectiva. Simulações simbólicas foram realizadas para o ajuste geostrófico devido a perturbações de duração infinita e finita para a elevação e para o efeito da tensão do vento. Foram realizadas simulações numéricas para variadas geometrias, em particular a Baia de Guanabara e a Lagoa do Patos.

Detecção multiutilizador do domínio da frequência para sistemas DS-CDMA

Os Sinais de Espalhamento de Espectro de Sequência Directa exibem propriedades cicloestacionárias que implicam redundância entre componentes de frequência espaçadas por múltiplos da taxa de símbolo. Nesta tese, é apresentado um cancelador de interferência multiutilizador (Cancelador por translação na frequência - FSC) que tira partido desta propriedade. Este cancelador linear opera no domínio da frequência no sinal espalhado de tal forma que minimiza a interferência e ruído na saída (Critério do Mínimo Erro Quadrado Médio). Além de testado para o caso de antena única, são avaliadas as performances das configurações de antenas múltiplas para o caso de beamforming e canais espacialmente descorrelacionados considerando sistemas síncronos e sistemas com desalinhamento no tempo dos perfis de canais (ambos UMTS-TDD). Essas configurações divergiam na ordem da combinação temporal, combinação espacial e detecção multiutilizador. As configurações FSC foram avaliadas quando concatenadas com o PIC-2D. Os resultados das simulações mostram consideráveis melhorias nos resultados relativamente ao RAKE-2D convencional e PIC-2D. Foi atingida performance próximo ao RAKE de utilizador único quando o FSC foi avaliado concatenado com PIC-2D em quase todas as configurações. Todas as configurações foram avaliadas com modulação QPSK, 8-PSK e 16-QAM. Foi introduzida codificação Turbo e identificou-se as situações da vantagem de utilização do FSC antes do PIC-2D. As modulações 8-PSK e 16-QAM foram igualmente testadas com codificação.

Detecção do vírus do papiloma humano por PCR em tempo real : relevância para medicina legal

Tese de mestrado, Medicina Legal e Ciências Forenses, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Análise do padrão motor em pessoas com diagnóstico de esquizofrenia: uma abordagem em tempo real

A esquizofrenia é uma perturbação mental grave caracterizada pela coexistência de sintomas positivos, negativos e de desorganização do pensamento e do comportamento. As alterações motoras são consistentemente observadas mas, ainda pouco estudadas na esquizofrenia, sendo relevantes para o seu diagnóstico. Neste quadro, o presente estudo tem como objetivo verificar se os indivíduos com esquizofrenia apresentam alterações na coordenação motora, comparativamente com o grupo sem esquizofrenia, bem como analisar se as disfunções dos sinais neurológicos subtis (SNS) motores se encontram correlacionadas com o funcionamento executivo e com os domínios psicopatológicos da perturbação. No total participaram 29 indivíduos (13 com diagnóstico de esquizofrenia e 16 sem diagnóstico) equivalentes em termos de idade, género, escolaridade e índice de massa corporal. Para avaliar o desempenho motor recorreu-se ao sistema Biostage de parametrização do movimento em tempo real, com a tarefa de lançameto ao alvo; a presença de SNS foi examinada através da Brief Motor Scale; o funcionamento executivo pela aplicação do subteste do Vocabulário e da fluência verbal e a sintomatologia clínica através da Positive and Negative Sindrome Scale. Pela análise cinemática do movimento constatou-se que os indivíduos com esquizofrenia recrutam um padrão motor menos desenvolvido e imaturo de movimento, com menor individualização das componentes (principalmente do tronco e pélvis), necessitando de mais tempo para executar a tarefa, comparativamente com os sujeitos sem a perturbação que evidenciaram um movimento mais avançado de movimento. Os indivíduos com esquizofrenia mostraram índices elevados de disfunção dos SNS (média =6,01) estabelecendo este domínio uma relação boa e negativa com o desempenho verbal (rho Spearman=-0,62) e uma relação forte e positiva com todos os domínios psicopatológicos (rho Spearman=0,74). O estudo da existência de alterações motoras como parte intrínseca da esquizofrenia revela-se pertinente uma vez que possibilita uma compreensão mais aprofundada da sua fisiopatologia e permite que se desenvolvam práticas mais efetivas na área da saúde e reabilitação.

A problemática da identidade cultural em um rio chamado tempo, uma casa chamada terra, de Mia Couto e Le Ventre de l'Atlantique de Fatou Diome

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Línguas, Literaturas e Culturas, variante em Estudos Românicos: Textos e Contextos

O domínio aeroespacial nas manifestações de poder : efeitos nas relações internacionais

O poder aeroespacial constitui factor crucial no estudo das transformações operadas nas relações internacionais, obrigando ao aprofundar e à redefinição conceptual da importância do poder aéreo e espacial na condução da política do Estado através da respectiva capacidade de prevenção do fenómeno guerra. Da planetização das comunicações em tempo real surgiu um sistema internacional único, materializado na ampliação dos instrumentos de coerção estratégica mundial de um poder aéreo de projecção global e na redução dimensional do conjunto espaço-tempo. O dinamismo das forças transnacionais torna premente o estudo científico e a adopção de novos conceitos que possam actualizar as limitadas teorias clássicas centradas no Estado. A geoeconomia obrigou ao actualizar das reinterpretações geoestratégicas e geopolíticas, face às guerras de novo tipo e ao perfilar de novos poderes, com a formulação de novos paradigmas, como a racionalpolitik, por os clássicos já não totalizarem o enquadramento conceptual da conjuntura. Implicando a reformulação de áreas fundamentais da Estratégia clássica, em consequência da consolidação das novas estratégias aéreas e espaciais ampliadas pelas nanotecnologias aeronáuticas, a transposição para o Espaço do poder aéreo materializa o poder aeroespacial como o instrumento político-militar mais poderoso ao serviço da supremacia das Potências nos complexos assuntos das relações internacionais.

Resolução de sistemas de equações lineares através de métodos de decomposição de domínio

A paralelização de métodos de resolução de sistemas de equações lineares e não lineares é uma atividade que tem concentrado várias pesquisas nos últimos anos. Isto porque, os sistemas de equações estão presentes em diversos problemas da computação cientí ca, especialmente naqueles que empregam equações diferenciais parciais (EDPs) que modelam fenômenos físicos, e que precisam ser discretizadas para serem tratadas computacionalmente. O processo de discretização resulta em sistemas de equações que necessitam ser resolvidos a cada passo de tempo. Em geral, esses sistemas têm como características a esparsidade e um grande número de incógnitas. Devido ao porte desses sistemas é necessária uma grande quantidade de memória e velocidade de processamento, sendo adequado o uso de computação de alto desempenho na obtenção da solução dos mesmos. Dentro desse contexto, é feito neste trabalho um estudo sobre o uso de métodos de decomposição de domínio na resolução de sistemas de equações em paralelo. Esses métodos baseiam-se no particionamento do domínio computacional em subdomínios, de modo que a solução global do problema é obtida pela combinação apropriada das soluções de cada subdomínio. Uma vez que diferentes subdomínios podem ser tratados independentemente, tais métodos são atrativos para ambientes paralelos. Mais especi camente, foram implementados e analisados neste trabalho, três diferentes métodos de decomposição de domínio. Dois desses com sobreposição entre os subdomínios, e um sem sobreposição. Dentre os métodos com sobreposição foram estudados os métodos aditivo de Schwarz e multiplicativo de Schwarz. Já dentre os métodos sem sobreposição optou-se pelo método do complemento de Schur. Todas as implementações foram desenvolvidas para serem executadas em clusters de PCs multiprocessados e estão incorporadas ao modelo HIDRA, que é um modelo computacional paralelo multifísica desenvolvido no Grupo de Matemática da Computação e Processamento de Alto Desempenho (GMCPAD) para a simulação do escoamento e do transporte de substâncias em corpos de águas.

A abertura de um espaço-tempo para reflexão com os professores : efeitos no fazer pedagógico e no modo como descrevem sua prática

O presente estudo trata dos movimentos de ação e reflexão de um grupo de professores, tendo como proposta a apropriação de ferramentas tecnológicas e metodológicas na busca de novas práticas educativas. O estudo visa a contribuir para a formação continuada dos professores no desenvolvimento de um conhecimento sobre o fazer pedagógico, permitindo a experimentação de metodologias de trabalho que integrem tecnologias e didáticas inovadoras. A fundamentação conceitual de como a reflexão sobre a ação possibilita a constituição de níveis mais organizados de construção de conhecimento e esta última retroage sobre a própria prática, ressignificando-a, foi baseada na teoria psicogenética. O estudo configura-se como uma pesquisa-ação, da qual participaram 7 professores durante um ano letivo, perfazendo um total de 26 encontros. Buscou-se ampliar o espaço coletivo de trocas, tomando-se como foco de reflexão a descrição problematizadora de suas respectivas práticas pedagógicas. A análise da experiência foi dividida em três temas: educação e mudança; relação professor-aluno; e grupalidade. Os temas emergiram na interação do grupo, procurando-se compreender o encadeamento da ação-reflexão-ação na identificação dos processos de assimilação, acomodação, tomada de consciência e ampliação da narratividade. Relacionando teoria e prática, foi possível aos professores, numa abordagem construtivista, aprender sobre e como usar o computador na resolução de possíveis problemas e desafios no domínio das tecnologias da informação e comunicação nas atividades pedagógicas das escolas. Os resultados da experiência revelam a relevância da proposição de espaços coletivos de ação-reflexão para professores como dispositivos de aprendizagem e de tomada de consciência dos saberes e práticas docentes.