PPG - Engenharia Biomédica
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- ItemAcesso aberto (Open Access)Modelagem do número de leitos de UTI ocupados por pacientes de COVID-19 ao longo de múltiplas ondas epidemiológicas em regiões da Itália(Universidade Federal de São Paulo, 2024-12-10) Pelogia, Frederico José Ribeiro [UNIFESP]; Paiva, Henrique Mohallem [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/6901974057937430; http://lattes.cnpq.br/1145406248873380Contribuição: Este estudo oferece uma perspectiva das dinâmicas da COVID-19, empregando um modelo fenomenológico que representa múltiplas ondas epidemiológicas. Ele visa apoiar a tomada de decisões das autoridades de saúde e administradores hospitalares, particularmente para otimizar a gestão de leitos de unidade de terapia intensiva (UTI) e implementar medidas eficazes de contenção. Contexto: Dada a complexidade intrínseca do ambiente de UTI, utilizar um modelo matemático para antecipar a ocupação é altamente benéfico, podendo mitigar as taxas de mortalidade associadas à COVID-19. O estudo foca na evolução do número de pacientes em terapia intensiva em múltiplas ondas epidemiológicas em regiões na Itália. Metodologia: Nossa metodologia envolve a aplicação de um modelo fenomenológico de baixa complexidade com um procedimento de otimização eficiente. Foram utilizados dados de ocupação em UTI de cinco regiões populosas da Itália para demonstrar a eficácia do modelo na descrição dos dados históricos e no fornecimento de previsões para intervalos de duas semanas. Resultados: Baseado nos dados de ocupação de UTI analisados, o estudo confirma a eficácia do modelo proposto em modelar o indicador ao longo de múltiplas ondas epidemiológicas. Ele se ajustou com sucesso aos dados históricos, com RMSE relativo médio de 0,51\% para todo o período em todas as regiões. O modelo de baixa complexidade e otimização eficiente não tem características específicas da COVID-19 em sua formulação, tendo potencial para ser aplicado a outras regiões e doenças, dando o suporte para rastrear e conter futuras epidemias.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Análise dos efeitos no período de internação, sobre o sistema respiratório e cardíaco, em pacientes com insuficiência cardíaca agudizada.(Universidade Federal de São Paulo, 2024-07-01) Azevedo, Thalita Garcia Oliveira (UNIFESP); Carvalho, Regiane Albertini [UNIFESP]; Casali, Karina Rabello [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/2188710413184266; http://lattes.cnpq.br/2515657728339113; http://lattes.cnpq.br/9698171408642719A insuficiência cardíaca (IC) é considerada como uma síndrome clínica que atualmente acomete milhões de pessoas em todo o mundo, podendo evoluir com diferentes anormalidades estruturais e funcionais no coração, ocasionando uma dificuldade de enchimento ou de ejeção ventricular adequado levando assim a uma deficiência no suprimento sanguíneo para todos os sistemas do corpo. Portanto existe uma necessidade de avaliar e direcionar os efeitos causados nos pacientes que necessitam de internações por descompensação da doença. O presente estudo propôs avaliar as alterações da variabilidade da frequência cardíaca na IC descompensada durante e ao término do período de internação, assim como as alterações agudas da composição corporal nesses pacientes. Para a análise da variabilidade da frequência cardíaca foram utilizados os sinais captados pelo Sistema Polar modelo V800 sincronizados com uma cinta H7 e a composição corporal foi analisada por bioimpedância octopolar multifrequência. A amostra incluiu 10 pacientes de ambos os sexos, sendo a média de idades de 68,5 anos (+-18,17), e com capacidade funcional (CF)/IC, apresentando entre os participantes analisados 7 com CFIII; 2 com CFIV e apenas 1 participante com CFII, sendo, portanto, 70% dos participantes avaliados com CFIII de acordo com a escala de NYHA. Obtivemos como resultados uma melhora do controle autonômico quando comparados os 2 momentos avaliados. Também foram encontradas correlações significativas entre os ângulos de fase (AF) na frequência de 5HZ e de 50HZ com a frequência cardíaca, já a análise da VFC com a BIA obtivemos correlações negativas da frequência cardíaca (R= -0,684 (p=0,001) e R= -0,684 (p=0,04)) relacionadas ao índice de massa gorda, analisados em porcentagem e em quilos (Kg) respectivamente os mesmos valores de frequência cardíaca se correlacionam com os resultados de massa livre de gordura de forma positiva R= 0,667 (p=0,03). Referente às análises de fluidos corporais podemos observar correlações positivas nos valores de água extracelular com a frequência cardíaca (R= 0,552; p=0,02). É importante ressaltar que o presente estudo foi realizado com uma amostra reduzida de pacientes e que se faz necessário uma análise mais ampla para melhor elucidação dos resultados.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Implementação e avaliação de performance de modelos de redes neurais convolucionais na classificação de imagens patológicas de displasia epitelial oral(Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-06) Silva, Viviane Mariano da [UNIFESP]; Mores, Matheus Cardoso [UNIFESP]; Santos-Silva, Alan Roger; Araújo, Anna Luíza Damaceno; http://lattes.cnpq.br/1317718068735423; http://lattes.cnpq.br/0633932030080115; http://lattes.cnpq.br/1854451408004051; http://lattes.cnpq.br/2619923461556526A displasia epitelial oral é o principal indicativo de progressão de malignização, precedendo o carcinoma espinocelular que é o mais comum dentre os tipos de câncer oral. A gradação de displasia epitelial oral apresenta elevado grau de discordância entre patologistas, sendo essa complexidade usada como motivação para o desenvolvimento de métodos de aprendizado de máquina. Algoritmos de aprendizado de máquina voltados a segmentação e classificação vem sendo desenvolvidos utilizando como base a gradação da displasia em três níveis. Entretanto, é recomendado que o sistema binário seja utilizado para gradação de displasia bem como a evolução de algoritmos de redes neurais convolucionais permite que novas arquiteturas sejam utilizadas. Assim, propomos este estudo com implementação e avaliação de um conjunto de arquiteturas conhecidas para classificar o potencial de malignização em imagens patológicas de biópsias de displasia epitelial oral. Nesta investigação transversal, examinamos uma coorte de 82 indivíduos com lesões potencialmente malignas da boca, analisando 98 imagens de lâminas inteiras confirmadas por biópsia como tendo displasia. Utilizando o sistema binário para displasia epitelial oral como guia, as imagens foram rotuladas manualmente por especialistas. As regiões identificadas foram então segmentadas e fragmentadas em pequenos patches. Os patches foram amostrados de forma não aleatória para os conjuntos de teste e para treinamento/validação. Aumento da variância de cor foi aplicado aos dados de treinamento/validação, resultando em 81.786 patches para treinamento e 4.486 patches para o conjunto de teste independente. O mesmo conjunto de dados foi utilizado para treinar, validar e testar onze redes neurais convolucionais do reconhecidas do estado da arte. Os modelos apresentaram uma alta taxa de aprendizado, mas uma capacidade notavelmente baixa de generalização. A VGG16 teve o melhor desempenho durante o desenvolvimento do modelo, no entanto, apresentou overfiting severo. Entre todas as Redes Neurais Convolucionais (CNNs) examinadas, a VGG16 mostrou a maior precisão, especificidade, F1-score e área sob a curva (71%, 62%, 66% e 65%, respectivamente). A LeNet apresentou a maior sensibilidade com 71% e bons níveis de precisão e F1-score. A EfficientB0 é uma boa opção para mais pesquisas, pois apresentou métricas semelhantes e a menor perda de todas as CNNs. O nível de complexidade da arquitetura de rede não mostrou grande influência na tarefa de classificação, sendo os resultados semelhantes entre as diferentes redes. Além disso, devido à sobreposição de propriedades das duas classes (ou seja, alto risco e baixo risco de malignização), os modelos não generalizaram bem o suficiente para conjuntos de dados do mundo real.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Efeitos fotobiomoduladores do laser de baixa potência na diferenciação condrogênica de células-tronco mesenquimais da medula óssea em sistema de cultura celular em 3 dimensões (3D)(Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-14) Silva, José Roberto Mateus da [UNIFESP]; Oliveira, Carlos Rocha; Guilherme; http://lattes.cnpq.br/8908484393766511; http://lattes.cnpq.br/5658850593519924Células-tronco mesenquimais (CTM), são células com grande potencial de diferenciação em outros tipos celulares especializados. Podem ser obtidas a partir da medula óssea, dos tecidos adiposo e sinovial. As CTM apresentam a característica de serem cultiváveis in vitro, representando promissora fonte de regeneração e reparo de diferentes tecidos. Estudos têm demonstrado que o uso de Laser de Baixa Potência ou Low Level Laser Therapy (LLLT) têm capacidade de interagir com matrizes biológicas, promovendo reações fotoquímicas nas moléculas intra ou extracelulares, alterando suas funções biológicas e gerando novas respostas celulares/teciduais. Neste trabalho foi avaliada a influência da LLLT (2J/cm2 e 4J/cm2) na expressão de genes como o SOX9, HMOX1, SIRT1 e Aggrecan em culturas de CTM de camundongos, em 3 dimensões (3D), submetidas ao estímulo de meio diferenciador de condrócitos. O protocolo de estabelecimento da cultura em 3D permitiu a formação dos esferoides e a viabilidade celular, verificada pelo teste de MTT, indicou ausência de efeitos citotóxicos nestes aglomerados celulares. Embora todos os genes avaliados tenham apresentado aumento na sua expressão, quando submetidos à irradiação com a LLLT e comparados com o grupo controle, os genes SOX9 e HMOX1 foram os que mais apresentaram variações em relação aos níveis de RNAm e expressão proteica. Por outro lado, os genes SIRT1 e Aggrecan foram fracamente expressos. A microscopia por imunofluorescência revelou a presença das proteínas na população celular condicionada com meio diferenciador de condrócitos e estimulada com LLLT. Os resultados obtidos com a LLT em culturas primárias em 3D, derivadas de CTM murina, durante a diferenciação condrogênica, não foram acompanhados de citotoxicidade, além disso, foram observadas modulações positivas nos níveis de RNAm dos genes SOX9, HMOX-1, AGGRECAN e SIRT-1 e aumento da expressão proteica destes genes, que estão envolvidos na condrogênese. Dessa forma, concluímos que os resultados alcançados são relevantes, tanto para a pesquisa básica, como para as pesquisas clínicas, uma vez que, a busca por novas terapias celulares usando diferenciação de CTM em tipos específicos de células, como os condrócitos, vem se mostrando eficazes e revelando um baixo custo, como no caso da LLLT.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Information system for epidemic control: a computational solution addressing successful experiences and main challenges(Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-26) Sanches, Davi Gonçalves [UNIFESP]; Paiva , Henrique Mohallem [UNIFESP]; Rocha, Guilherme Conceição; http://lattes.cnpq.br/2593731181210696; http://lattes.cnpq.br/6901974057937430; http://lattes.cnpq.br/3201302902214027O rastreio de contatos desempenha um papel fundamental na mitigação de epidemias, abrangendo estratégias como localização e isolamento de casos, identificação e quarentena de indivíduos com suspeita de infeccção, e recomendação de testes ou vacinação. A pandemia de COVID-19 contribuiu significativamente para um aumento significativo na mortalidade global e impactou vários setores da economia em escala global, o que evidencia a importância do rastreamento de contatos eficiente. Soluções de rastreamento de contatos digitais, como o aplicativo CoronaTrack descrito nesta dissertação, aproveitam as tecnologias de smartphones e visam rastrear contatos potenciais com indivíduos infectados e avaliar o risco de infecção. No entanto, desafios como preocupações com a privacidade dos dados, adesão pública e design amigável ao usuário devem ser abordados para uma implementação bem-sucedida. A eficácia das aplicações de rastreamento de contatos depende da coleta de dados abrangente em tempo real e da adoção pelos usuários, exigindo um equilíbrio delicado entre privacidade e imperativos de saúde pública. No contexto dos desafios da COVID-19 no Brasil, a falta de coordenação entre medidas federais e locais, juntamente com dificuldades logísticas e socioeconômicas, impôs novos desafios para o controle da pandemia. Esta dissertação se baseia na recente literatura de rastreamento de contatos para enfatizar a importância de soluções digitais para epidemias. A solução proposta, CoronaTrack, é detalhadamente descrita e alinha-se com as tendências observadas na literatura, oferecendo uma abordagem amigável e eficaz para o rastreamento de contatos no contexto brasileiro. Em conclusão, a pandemia de COVID-19 destacou a urgência de abordagens resilientes e tecnologicamente avançadas para combater epidemias. O rastreamento de contatos digitais, exemplificado pelo CoronaTrack, emerge como uma possível ferramenta com o potencial de equipar governos com dados em tempo real, auxiliando na tomada de decisões e melhorando a preparação para futuros surtos. A implementação de tais soluções requer um equilíbrio delicado entre privacidade, interesses de saúde pública e adoção pelos usuários.