SWORD: an intelligent vibratory wearable device to improve rehabilitation in stroke patients

Anualmente ocorrem cerca de 16 milhões AVCs em todo o mundo. Cerca de metade dos sobreviventes irá apresentar défice motor que necessitará de reabilitação na janela dos 3 aos 6 meses depois do AVC. Nos países desenvolvidos, é estimado que os custos com AVCs representem cerca de 0.27% do Produto Interno Bruto de cada País. Esta situação implica um enorme peso social e financeiro. Paradoxalmente a esta situação, é aceite na comunidade médica a necessidade de serviços de reabilitação motora mais intensivos e centrados no doente. Na revisão do estado da arte, demonstra-se o arquétipo que relaciona metodologias terapêuticas mais intensivas com uma mais proficiente reabilitação motora do doente. Revelam-se também as falhas nas soluções tecnológicas existentes que apresentam uma elevada complexidade e custo associado de aquisição e manutenção. Desta forma, a pergunta que suporta o trabalho de doutoramento seguido inquire a possibilidade de criar um novo dispositivo de simples utilização e de baixo custo, capaz de apoiar uma recuperação motora mais eficiente de um doente após AVC, aliando intensidade com determinação da correcção dos movimentos realizados relativamente aos prescritos. Propondo o uso do estímulo vibratório como uma ferramenta proprioceptiva de intervenção terapêutica a usar no novo dispositivo, demonstra-se a tolerabilidade a este tipo de estímulos através do teste duma primeira versão do sistema apenas com a componente de estimulação num primeiro grupo de 5 doentes. Esta fase validará o subsequente desenvolvimento do sistema SWORD. Projectando o sistema SWORD como uma ferramenta complementar que integra as componentes de avaliação motora e intervenção proprioceptiva por estimulação, é descrito o desenvolvimento da componente de quantificação de movimento que o integra. São apresentadas as diversas soluções estudadas e o algoritmo que representa a implementação final baseada na fusão sensorial das medidas provenientes de três sensores: acelerómetro, giroscópio e magnetómetro. O teste ao sistema SWORD, quando comparado com o método de reabilitação tradicional, mostrou um ganho considerável de intensidade e qualidade na execução motora para 4 dos 5 doentes testados num segundo grupo experimental. É mostrada a versatilidade do sistema SWORD através do desenvolvimento do módulo de Tele-Reabilitação que complementa a componente de quantificação de movimento com uma interface gráfica de feedback e uma ferramenta de análise remota da evolução motora do doente. Finalmente, a partir da componente de quantificação de movimento, foi ainda desenvolvida uma versão para avaliação motora automatizada, implementada a partir da escala WMFT, que visa retirar o factor subjectivo da avaliação humana presente nas escalas de avaliação motora usadas em Neurologia. Esta versão do sistema foi testada num terceiro grupo experimental de cinco doentes.

Um modelo de unidade de medida inercial utilizando três acelerômetros triaxiais

No espaço tridimensional, um corpo rígido qualquer pode efetuar translações e ou rotações em relação a cada um de seus eixos. Identificar com precisão o deslocamento realizado por um corpo é fundamental para alguns tipos de sistemas em engenharia. Em sistemas de navegação inercial tradicionais, utilizam-se acelerômetros para reconhecer a aceleração linear e giroscópios para reconhecer a velocidade angular registrada durante o deslocamento. O giroscópio, entretanto, é um dispositivo de custo mais elevado e com alto consumo de energia quando comparado a um acelerômetro. Essa desvantagem deu origem a pesquisas a respeito de sistemas e unidades de medidas inerciais que não utilizam giroscópios. A ideia de utilizar apenas acelerômetros para calcular o movimento linear e angular surgiu no início da década de 60 e vem se desenvolvendo através de modelos que variam no número de sensores, na maneira como estes são organizados e no modelo matemático que é utilizado para derivar o movimento do corpo. Esse trabalho propõe um esquema de configuração para construção de uma unidade de medida inercial que utiliza três acelerômetros triaxiais. Para identificar o deslocamento de um corpo rígido a partir deste esquema, foi utilizado um modelo matemático que utiliza apenas os nove sinais de aceleração extraídos dos três sensores. A proposta sugere que os sensores sejam montados e distribuídos em formato de L . Essa disposição permite a utilização de um único plano do sistema de coordenadas, facilitando assim a instalação e configuração destes dispositivos e possibilitando a implantação dos sensores em uma única placa de circuito integrado. Os resultados encontrados a partir das simulações iniciais demonstram a viabilidade da utilização do esquema de configuração proposto

Estimação de rigidezes de mancais de rotores por análise de sensibilidade

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Um sistema de rastreamento de câmeras para estúdios virtuais

Pós-graduação em Televisão Digital: Informação e Conhecimento - FAAC

Movimentos regulares e caóticos de rotação de corpos rígidos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle de uma plataforma inercial estabilizada com três graus de liberdade.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma plataforma inercial autônoma com três graus de liberdade para aplicação em estabilização de sensores - por exemplo, gravimétricos estacionários e embarcados - podendo ser utilizada também para estabilização de câmeras. O sistema é formado pela Unidade de Medida Inercial, IMU, desenvolvida utilizando um sensor micro eletromecânico, MEMS - que possui acelerômetro, giroscópio e magnetômetros nos três eixos de orientação - e um microcontrolador para aquisição, processamento e envio dos dados ao sistema de controle e aquisição de dados. Para controle dos ângulos de inclinação e orientação da plataforma, foi implementado um controlador PID digital utilizando microcontrolador. Este recebe os dados da IMU e fornece os sinais de controle utilizando as saídas PWM que acionam os motores, os quais controlam a posição da plataforma. Para monitoramento da plataforma foi desenvolvido um programa para aquisição de dados em tempo real em ambiente Matlab, por meio do qual se pode visualizar e gravar os sinais da IMU, os ângulos de inclinação e a velocidade angular. Testou-se um sistema de transmissão de dados por rádio frequência entre a IMU e o sistema de aquisição de dados e controle para avaliar a possibilidade da não utilização de slip rings ou fios entre o eixo de rotação e os quadros da plataforma. Entretanto, verificou-se a inviabilidade da transmissão em razão da baixa velocidade de transmissão e dos ruídos captados pelo receptor de rádio frequência durante osmovimentos da plataforma. Sendo assim, dois pares de fios trançados foram utilizados fios para conectar o sensor inercial ao sistema de aquisição e processamento.

A cafeína como agente modulador do ciclo atividade-repouso e memória em saguis (Callithrix jacchus)

Caffeine is the most consumed psychostimulant, with effects on attention, memory, and arousal. But when this substance is ingested near to bedtime there is a decrease on sleep, interfering on mnemonic processes. So, our ain was to investigate how the caffeine ingested near to sleep onset acts on sleep and memory in marmosets. We used 16 adult marmosets, single housed, in a 12:12h light-dark cycle. For registering locomotor activity were used two kinds of sensors. The gyroscope sensor registers activity each 30 sec and detects motion with good accuracy. Because of this we used this sensor for detecting nocturnal activity. The second sensor was based on infrared and accumulates activity each 5 min and it’s not able to detect nocturnal activity, just diurnal activity. We also used camera for registering Rest phase of one marmoset. For the cognitive task, the animals needed to learn a rewarded context (CR) when compared to a non-rewarded context CNR). This experiment comprises 5 phases: 1) Two days of habituation to apparatus; 2)Training for 8 days; 3) oral administration of caffeine (10 mg/kg) or placebo administration ±1h before sleep onset, for 8 days, with marmosets receiving placebo or caffeine; 4) retraining to apparatus and after that, placebo administration (placebo group-GP), or caffeine administration (with continuous group-GC and acute groupGA); 5) Test, for evaluating learning to CR. The sessions were filmed and each one had 8 min of duration. At 7 am started the habituation, training and test sessions, and at 3:15 pm started retraining. The results for gyroscope sensor showed that there was coincidence of 68,57% with nocturnal register of the cameras. Then, the gyroscope sensors detected nocturnal activity for all experimental groups Moreover, when compared sensor gyroscope with sensor based on infrared, was observed that both sensor presented similarity on patterns of activity curve. When we observed the effects of caffeine on Activity-Rest Cycle in GP, GA and GC, is possible to see that that gyroscope sensors and based on infrared presented only intra group differences. As behavioral results, the marmosets learned to discriminate CR when compared to CNR. Moreover, GP presented deficits on memory recall during the test, and GA increased the memory recall, when both were compared to GP. We concluded that the marmosets were able to learning the cognitive task and that the caffeine ingested near to sleep onset acts modulating memory in these animals. Moreover the gyroscope sensor can be used as alternative tool for investigating nocturnal activity. Then, the utilization of this non-invasive device allows marmosets exhibit their behavior within the laboratory conditions as natural as possible.

Análise da variabilidade da marcha de indivíduos com comprometimento articular unilateral do quadril por meio de sensores inerciais

Data variability analysis has been the focus of a number of studies seeking to capture differences of patterns generated by biological systems. Although several studies related to gait employ the analysis of variability in their observations, we noticed a lack of such information for subjects with unilateral coxarthrosis undergoing total hip arthroplasty (THA). To tackle this deficiency of information, we conducted a study of the gait on a treadmill with10 healthy subjects (30.7 ± 6.75 years old) from G1 and 24 subjects (65 ± 8.5 years old) with unilateral THA from G2. Thus, by means of two inertial measurement units (IMUs) positioned in the pelvis, we have developed a detection method of the step and stride for calculating these intervals and extract the signal characteristics. The variability analysis (coefficient of variation) was performed, taking into consideration the extracted features and the step and stride times. The average and the 95% confidence interval estimate for the average of the step and stride times to each group were in agreement with literature. The mean coefficient of variation for the step and stride times was calculated and compared among groups by the Kruskal-Wallis test with 95% confidence interval. Each component X, Y and Z of the two IMUs (accelerometer, magnetometer and gyroscope) corresponded to a variable. The resultants of each sensor, the linear velocity (accelerometers) and the instantaneous angular displacement (gyroscopes) completed the set of variables. The characteristics were extracted from the signals of these variables to check the variability in the G1 and G2 groups . There were significant differences (p <0.05) between G1 and G2 for the average of the step and stride times. The variability of the step and stride, as well as the variability of all other evaluated characteristics were higher for the group G2 (p <0.05). The method proposed in this study proved to be suitable for the measuring of variability of biomechanical parameters related to the extracted features. All the extracted features categorized the groups. The G2 group showed greater variability, so it is possible that the age and the pathological condition of the hip both contributed to this result.