PPG - Engenharia Biomédica
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- ItemImplementação 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.
- ItemEfeitos 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.
- ItemInformation 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.
- ItemAvaliação da conformidade metrológica de ventiladores pulmonares durante a pandemia de COVID-19 no Brasil(Universidade Federal de São Paulo, 2023-12-12) Ribeiro Jr, Benedito Vital [UNIFESP]; Pereira, Thiago Martini [UNIFESP]; Amorim, Henrique Alves de [UNIFESP]; Moraes, Matheus Cardoso [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/2867784853735791; http://lattes.cnpq.br/3291751276972553; http://lattes.cnpq.br/4147522602497906Na área da saúde, a prestação de serviços de manutenção, calibração, verificação e ensaios apresenta uma alta demanda por novas tecnologias e por inovações nos procedimentos e tratamentos clínicos. As medições de parâmetros fisiológicos feita por equipamentos de suporte à vida, desempenharam um papel fundamental no cotidiano das unidades de terapia intensiva (UTI) durante a pandemia do CONVID-19. A ventilação mecânica é indispensável para manutenção da vida, também conhecida por suporte ventilatório, consiste em um método para o tratamento de pacientes com insuficiência respiratória aguda ou crônica agudizada. Este equipamento, tem como objetivo principal a manutenção das trocas gasosas. Porém a falta da calibração adequada, pode agravar o quadro clínico do paciente. Entre os efeitos danosos podemos citar: atelectrauma, barotrauma e volutrauma, condições estas, que podem resultar em óbito. Desta forma, é importante a realização da avaliação metrológica destes equipamentos pelas manutenções e calibrações adequadas e com rastreabilidade. Esse trabalho procurou desenvolver um estudo metrológico em conformidade com as Normas Técnicas ABNT NBR ISO IEC 60601-2-12 – 2004 e ABNT NBR ISO 80601-2-2014 para demonstrar a segurança e o desempenho dos ventiladores pulmonares através da avaliação dos principais parâmetros ventilatórios como: volume corrente, pressão expiratória final positiva (PEEP) e a pressão inspiratória de pico (Pinsp). Em nosso estudo foram selecionados trinta e seis ventiladores pulmonares de diversas Unidades Hospitalares Públicas e Privadas, dos estados de São Paulo, Rio de Janeiro e Distrito Federal, no período de novembro de 2019 a dezembro de 2020. De forma geral, dentre os três parâmetros investigados, o que envolvem pressão não obtiveram resultados satisfatórios. Dessa amostra, no parâmetro PEEP, 55% não passaram pelos critérios metrológicos das normas e 84% fora dos critérios dos manuais dos fabricantes. No parâmetro Pinsp, 44% fora dos critérios estabelecidos pelas normas e 52% fora dos limites aceitáveis dos manuais. Já no parâmetro Volume os resultados foram satisfatórios, 97% desses equipamentos tiveram resultados conformes e dentro dos limites aceitáveis de segurança tanto das normas como dos manuais dos fabricantes.
- ItemComparação dos efeitos da ventilação controlada e da estimulação vagal auricular transcutânea no controle autonômico cardíaco de indivíduos saudáveis(Universidade Federal de São Paulo, 2023-12-01) Pinto, Danila Vieira [UNIFESP]; Casali, Karina Rabello [UNIFESP]; Uchiyama, Tatiana de Sousa da Cunha [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/6737487161341934; http://lattes.cnpq.br/2188710413184266; http://lattes.cnpq.br/5286374215294367Estudos indicam que a estimulação do nervo vago (ENV) pode desencadear a ativação do sistema nervoso autônomo, produzindo efeitos benéficos, principalmente nos sistemas cardiovascular e imunológico. A atividade do nervo vago pode ser regulada tanto por estimulação transcutânea do nervo vago (tVNS) como por meio de práticas diárias, incluindo a manobra de ventilação controlada lenta (MVC). No entanto, ainda há pouco conhecimento sobre os efeitos imediatos de uma única sessão de tVNS em indivíduos saudáveis, e como esses efeitos se comparam àqueles produzidos pela VC. Portanto, este estudo teve como objetivo comparar os efeitos da estimulação do nervo vago sobre o sistema nervoso autônomo em indivíduos saudáveis, quando realizada por meio da VC e da tVNS, tanto imediatamente após a sessão quanto até 3 horas após a estimulação. Para isso, nove indivíduos participaram de duas sessões aleatorizadas com duração de 20 minutos, separadas por um intervalo de duas semanas. Durante essas sessões, eles foram submetidos a dois protocolos diferentes: o primeiro, utilizando a VC com a ajuda de um aplicativo móvel, e o segundo, envolvendo a tVNS com o uso do sistema Vitos (25Hz). O sistema nervoso autônomo foi avaliado por meio da quantificação das modulações simpáticas (MS) e vagais (MV), as quais foram estimadas através da análise espectral aplicada aos tacogramas, obtidos a partir do sistema POLAR. Os dados foram coletados continuamente, desde o estado basal até 3 horas após a sessão. Os resultados revelaram que a tVNS causou um aumento significativo na atividade vagal (MV) em comparação com o estado basal (HF_basal = 48,8±14,8; HF_durante = 74,7±11,5; HF_1h = 59,0±20,4; HF_2h = 57,8±17,9; HF_3h = 52,8±19,3; p<0,001). Já a VC produziu um aumento substancial na atividade vagal durante a manobra, mas essa atividade voltou aos valores basais após uma hora. Em conclusão, tanto a estimulação do nervo vago por meio da VC quanto da tVNS resultaram em um aumento significativo da atividade vagal durante a sessão, mas a MVC teve um efeito mais pronunciado na ativação do sistema nervoso autônomo de forma imediata. A estimulação do nervo vago pela tVNS, por outro lado, desencadeou uma resposta do sistema nervoso autônomo mais moderada durante a sessão, mas seus efeitos benéficos continuaram a ser observados por várias horas após a sessão de estimulação. Palavras-chave: estimulação vagal, controle autonômico, variabilidade da frequência cardíaca.