Redes neurais artificiais para estimar rotação de um dispositivo de assistência ventricular

dc.contributor.advisorBock, Eduardo Guy Perpétuo
dc.contributor.authorSilva, Marcelo Barboza
dc.date.accessioned2017-10-03T13:45:41Z
dc.date.available2017-10-03T13:45:41Z
dc.date.issued30/03/2015
dc.description.abstractEm 2014, foi batido o recorde de transplantes de coração no Brasil, mais de 300 pacientes receberam o órgão e saíram da fila. Mesmo assim, 259 pessoas ainda aguardavam um coração disponível. De acordo com estudos, 25% dos participantes desta fila chegarão a óbito antes de receber o órgão. Entretanto em todos esses casos o coração ainda funciona parcialmente, o que mostra que talvez não fosse necessário o transplante. Em alguns casos, uma máquina que auxilie o bombeamento de sangue é o suficiente para que o paciente aguarde a cirurgia ou se recupere. Foi pensando desta maneira que o Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) foi desenvolvido. Seu funcionamento em conjunto com o coração diminui o trabalho mecânico do miocárdio para o bombeamento do sangue. Entretanto, observou-se o surgimento de estenose na válvula aórtica nos pacientes assistidos. Isto ocorre porque com auxílio mecânico, essa válvula não funciona corretamente. Um campo de pesquisa ainda em desenvolvimento dos órgãos artificias é o controle. O funcionamento natural dos órgãos humanos tem diversos processos fisiológicos que realizam o controle das suas funções. Muitos processos são desconhecidos, inclusive. A frequência cardíaca (FC), por exemplo, depende da pressão arterial, das atividades físicas e até das emoções. O objetivo deste trabalho é propor o controle da velocidade do motor de um DAV, a Bomba de Sangue Centrífuga Implantável (BSCI), através de um controle similar ao natural. Ao considerar a FC como um dado de entrada do controlador, diversas entradas serão consideradas. Tomando-se o funcionamento dos DAVs, cada pessoa apresenta variações nos parâmetros fisiológicos cardiovasculares. Acredita-se, portanto, que a utilização de inteligência artificial possa suprir as necessidades de um controle mais próximo do fisiológico. Durante a metodologia foi proposta uma rotina que analisa o eletrocardiograma (ECG) em tempo real, calcula a FC e, através de redes neurais artificiais (RNA), estima a rotação do motor do DAV. A rotação estimada e consequentemente o fluxo de sangue é proporcional à FC e ocorre de maneira a garantir o correto funcionamento da válvula aórtica. Os aplicativos em Matlab foram desenvolvidos seguindo esta rotina e testados em dezesseis ECGs do Banco de pacientes com insuficiência cardíaca do Physionet. Os resultados apresentados em simulações realizadas em Simulink foram considerados satisfatórios. Foi concluído que a estratégia de controle de um DAV deve evitar a estenose da válvula aórtica e levar em consideração a FC. Os resultados também demonstraram que este controle pode ser feito com RNA. Testes in vitro, melhorias na rotina e melhorias nos aplicativos serão conduzidos futuramente.pt_BR
dc.description.abstract2In 2014 the record of heart transplantation in Brazil was reached, more than 300 patients received the organ and are no longer in waiting lines. Nevertheless, 259 people werewaiting for an available heart yet. According with studies, 25% of components of that list will die before receive the organ. However in all these cases, the heart still works partially, what show that maybe transplant is not mandatory. In some cases, a machine that helps the natural heart to pump is enough to patient survive until the surgery and/or his recover. Based on this principle, a Ventricular Assist Device (VAD) was designed. It operates together with natural heart decreasing the mechanical work of myocardia required to pump blood. Though, stenosis in aortic valve was noticed in assist patients. That happened because with mechanical assistance, that valve does not work properly. A prominent research field is control applied in artificial organs. The natural operation of human organs has many physiological processes to control their functions, including some unknown processes. Heart rate (HR), for example, depends on blood pressure, physical activities and even emotions. So the focus of this work is to control the motor speed of a VAD, the Implantable Centrifugal Blood Pump (ICBP), through a control similar to natural control. To consider HR as controller input, various inputs will be considered. For VAD study, each person has different parameter variations in cardiovascular system. Therefore is believed that artificial intelligence can fulfill requirements of an artificial control close to natural control. During methodology was proposed a routinethat analyses the electrocardiogram in real time, calculates HR and, through artificial neural networks, estimates speed of VAD´s motor. Estimated speed and consequently blood flow is proportional to HR and occurs in order to ensure proper functioning of the aortic valve. Applications in Matlab were designed following that routine and tested in sixteen electrocardiograms of Congestive Heart Failure Database from Physionet. The simulated results in Simulink ware very good. The conclusion was that the VAD’s control strategy has to avoid stenosis in aortic valve e analyze HR. Results also demonstrated that control may use ANN. Testes in vitro, improvements in routine and improvements in applications will be conduct in future.
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.bibliographicCitationSILVA, Marcelo Barboza. Redes neutrais artificiais para estimar rotação de um dispositivo de assistência ventricular. Orientador: Prof. Dr. Eduardo Guy Perpétuo Bock. Coorientador: Prof. Dr. Paulo Roberto Barbosa. 2015. 93 f.: il. Dissertação (Mestrado Profissional em Automação e Controle de Processos) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, IFSP, 2015. Versão eletrônica.
dc.identifier.urihttp://repo.ifsp.edu.br/123456789/50
dc.identifier2.lattes5110521868969250
dc.publisherIFSP
dc.publisher.campiSÃO PAULO
dc.publisher.programMestrado Profissional em Automação e Controle de Processos
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subject.keywordsbomba de sangue centrífuga implantável
dc.subject.keywordsdispositivo de assistência ventricular
dc.subject.keywordsredes neurais artificiais
dc.subject.keywordsórgãos artificiais
dc.titleRedes neurais artificiais para estimar rotação de um dispositivo de assistência ventricularpt_BR
dc.title.alternativeArtificial neutral networks for estimating rotation of a ventricular assist device
dc.typeTeses e Dissertações
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