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Orientador: Alberto Cliquet Junior Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação Resumo: A Estimulação Elétrica Neuromuscular (EE"NM) é uma ferramenta importante na pesquisa da reabilitação de movimentos perdidos em indivíduos portadores de lesão medular. A restauração da locomoção em paraplégicos e tetraplégicos é hoje a sua principal aplicação Para que a EENM possa ser utilizada de modo prático nesta restauração, entretanto, é necessário que o sistema de controle de estimulação seja capaz de lidar com condições adversas do ambiente, como terrenos irregulares, inclinações, degraus e obstáculos No presente trabalho, apresenta-se uma metodologia para a conversão de qualquer tarefa motora específica usada por indivíduos normais para lidar com uma destas condições em um algoritmo de controle para EENM. O trabalho apresenta esta metodologia, passo a passo, aplicada à produção de uma seqüência de estímulos que permite ao lesado medular superar pequenos obstáculos. Simulações comprovando a validade do método são discutidas, e experimentação clinica é apresentada. Neste trabalho, mostra-se ainda que a conversão da tarefa motora em questão feita sob análise cinemática apresenta melhores resultados que aquela referente a atividade muscular Abstract: Neuromuscular Electrical Stimulation (NMES) is an important tool for research in the rehabilitation of lost movements in spinal patients. Its main application today is the restoration of locomotion in paraplegics and tetraplegias. However, for NMES to be used outside the laboratory setup, the stimulation controller needs to be able to cope with challenging environmental conditions, like uneven terrains, inclinations, steps, and obstacles. In this work, a methodology to allow conversion of any specific motor task used for coping with one of these enviromemal conditions to a control algorithm for NMES is presented. This methodology is shown, step by step, applied to the design of a stimulation sequence that allows the overcoming of small obstacles by the spinal patient. Simulations proving the method feasibility are discussed, and clinical trials are presented. In this work, it is also shown that the motor task conversion using the kinematic approach has better results than that of muscle activity view Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Instrumentos de avaliação sistematizados em paralisia cerebral (PC) são fundamentais em avaliação, tratamento e pesquisa. O questionário de qualidade de vida pediátrico PedsQL tem por objetivo verificar o impacto de enfermidades na qualidade de vida. O PedsQL para PC aborda questões específicas relacionadas à condição. O Gross Motor Function Measure (GMFM) é um instrumento que visa quantificar a função motora grossa e é amplamente utilizado no mundo, inclusive no Brasil. A alteração dos padrões de marcha é comum em PCs. O padrão-ouro para avaliar marcha é a análise tridimensional; entretanto, é improvável torná-la rotina na prática clínica. Tendo em vista estas dificuldades, foi desenvolvida a escala visual de marcha de Edimburgo. Embora a importância desses instrumentos seja indiscutível e alguns estarem sendo utilizados no Brasil, não há tradução oficial, validação, nem adaptação cultural deles. Também faltam estudos de fidedignidade e da influência do treinamento na utilização de escalas de marcha visuais. Este trabalho tem como objetivos traduzir, validar, adaptar culturalmente os três instrumentos, verificar a correlação da escala de Edimburgo com a análise tridimensional e verificar a influência do treinamento na fidedignidade intra e inter-observadores e na concordância com o padrão-ouro. 64 pais e 36 crianças com paralisia cerebral participaram do estudo de validação do PedsQL PC brasileiro; 10 crianças foram filmadas e avaliadas através da versão brasileira do GMFM e duas crianças inglesas submeteram-se à avaliação de marcha em laboratório e através de vídeo convencional. Oito fisioterapeutas avaliaram os vídeos e conferiram escores às avaliações motoras de GMFM e 22 fisioterapeutas avaliaram os vídeos de marcha, segundo a Escala de Edimburgo. Verificou-se que as versões Brasileiras do PedsQL (primeira versão e modificada) apresentaram boa consistência interna, sensitividade e as duas versões, embora demonstrem resultados estatisticamente diferentes, apresentam uma correlação quase perfeita (0,998). É necessária uma investigação com maior número de crianças de variadas classificações funcionais. Quanto ao GMFM, a fidedignidade inter-avaliadores foi substancial (medianas de kappa= 0,69 e 0,71) e a fidedignidade intra-avaliadores foi quase perfeita (mediana de kappa =0,976), o que torna a versão da escala relativamente confiável, mesmo sem o auxílio do manual. Entretanto, os resultados de fidedignidade observados são menores que em trabalhos que utilizaram o manual, ainda não traduzido para o Brasil. Foi desenvolvido um pacote de treinamento para a Escala Visual de Marcha de Edimburgo em CD, com versões em inglês e português, de fácil manuseio e boa interatividade, embora em linguagem simples. A versão brasileira da escala de Edimburgo obteve índices substanciais de fidedignidade intra-avaliador e modestos entre avaliadores. A concordância com a avaliação instrumentada geral foi menor que 50%, para os grupos treinado e não treinado. O treinamento através do CD melhorou a fidedignidade intra e inter-avaliador e a concordância com a avaliação instrumentada. Estudos com maior número de pacientes são necessários para verificação das fidedignidades da Escala de Edimburgo, bem como a avaliação da versão em inglês do pacote de treinamento e a verificação de outras formas de treinamento. A disponibilização dos três instrumentos de avaliação em PC contribui para estudos futuros no Brasil. Abstract: Systematized evaluation tools for children with Cerebral Palsy is very important in evaluation, treatment and research. The pediatrics Quality of Life Questionnaire PedsQL has the purpose of verify the diseases impact in quality of life. Its Cerebral Palsy version encompasses more specific questions regarding motor damage due to CP. The Gross Motor Function Measure GMFM) is a tool that aims to quantify Gross Motor Function. It is widely used around the world, including Brasil. Changes on the gait patterns are common in CP. The golden standard to evaluate gait is three-dimensional gait analysis, although it is not possible to perform this evaluation as a routine in clinics. The Edimburgh Visual Gait Scale was developed based on video. Although the importance of these tools is incontestable and some are being used in Brazil, there is no official translation, nor validation nor cultural adaptation of them. There is still a lack of intra and inter rater reliability studies of the three tools and the training effects on observational gait scales. The purposes of this work are to translate, validate and culturally adapt the above mentioned tools, to verify the correlation between the Edinburgh gait scale and 3D gait analysis as well as to study the training influence on inter and intrarater reliability and on agreement with golden standard. 64 parents and 36 children with CP took part of the PedsQL study; 10 children were filmed and evaluated trough the Brazilian version of GMFM and two English children undergone to laboratorial and video gait evaluation. Eight Physical Therapists evaluated the GMFM videos and 22 Physical Therapists evaluated the gait videos, according to the Edinburgh gait scale. The Brazilian versions of PedsQL (first and modified) show good internal consistency, sensitivity and, although the two brazilian versions returned different scores, they show an almost perfect correlation. Further investigation with more children of all functional classifications is needed. Regarding GMFM, the global inter rater reliability was substantial and the intrarater reliability was almost perfect, which makes the Brazilian scale feasible even without the manual. However, the reliability found on this work was smaller than works that used the GMFM manual, still not translated to Brazil. It was developed a training package to the Edinburgh Visual Gait Scale in a simple, easy handling and interactive CD, with versions in English and Portuguese. The Brazilian version of the Edinburgh Visual Gait Scale had substantial intra rater reliability and modest inter rater reliability. The mean agreement with 3D gait analysis was less than 50% for trained and untrained groups. Training with CD has improved intra and inter rater reliability as well as agreement with 3D analysis. Reliability studies with more volunteers as well as studies with the English version training package and other training approaches are needed. The three evaluation tools available now in Portuguese will contribute with more studies in Cerebral Palsy in Brazil. Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A maioria dos equipamentos eletromédicos destinados a monitorar e medir os parâmetros fisiológicos relativos à locomoção humana, não permitem a livre movimentação, ocasionando incômodos ao indivíduo, além de comprometer a veracidade dos dados coletados. Portanto, o objetivo deste trabalho foi projetar um equipamento baseado em técnicas de biotelemetria que proporcione maior liberdade de movimento. Biotelemetria é a medida de parâmetros fisiológicos a distância, sendo sua principal característica a ausência de interface fisica (cabos) entre o sujeito e o instrumento de registro, permitindo maior liberdade durante a locomoção. Esta dissertação descreve o desenvolvimento de um sistema de biotelemetria multicanal para monitorar os parâmetros fisiológicos relativos à marcha humana. Este sistema é composto de duas partes principais: as unidades transmissora e receptora. A unidade transmissora, que será acoplada ao sujeito, tem por função digitalizar e transmitir, através de ondas de rádio, os sinais captados até a unidade receptora, situada a uma distância de no mínimo 10 metros. A unidade receptora tem por função recuperar os sinais e enviá-los a um microcomputador para que os dados relativos à marcha possam ser monitorados. Ensaios realizados em laboratório demonstraram um bom desempenho do protótipo construído, onde foram avaliadas as formas de ondas geradas pela unidade transmissora e o funcionamento do aplicativo de interação com o usuário, o qual avaliou a unidade receptora e o equipamento de biotelemetria como um todo Abstract: Most eletromedical devices for monitoring and measuring physiological parameters of human locomotion do not allow free movement, which causes discomfort to the individual as well as compromising the veracity of the collected data. The objective of this work is to design an equipment based on biotelemetry technology which would give greater freedom of movement. Biotelemetry is a method for measuring physiological parameters remotely. The success of this type of method lies in the fact that there are no cables between the subject and recording equipment, allowing greater freedom during locomotion. This dissertation describes the development of a multichannel biotelemetry system for the monitoring of physiological parameters concerning the human gait. This system is composed of two main parts: transmitter unit and receptor unit. The transmitter unit, which is attached to the subject, digitizes and transmits the collected signal by radio waves to the receiver, which is located at a distance of 10 meters minimum. The receptor unit receives the signal and sends it to a microcomputer which will process the information related to the subject's gait. Tests carried out in a laboratory with the prototype presented good results: the shapes of the wave signals generated by the transmitter were assessed, as well as the functioning of the interacting software with the user, which evaluated the receptor unit and biotelemetry equipment as a whole Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Apresentamos neste trabalho um sensor de pressão de baixo consumo de potência. totalmente compatível com o processo de fabricação CMOS. constituído por um amplificador operacional sensível ao estresse mecânico fabricado sobre uma membrana. O desenho do layout do amplificador é feito de forma a maximizar o efeito do estresse sobre os transistores do par de entrada e minimizar sobre o restante do circuito. O projeto da membrana. bem como a localização dos elementos sensores sobre a mesma. Foram determinados através de simulação por elementos finitos. O sensor foi fabricado utilizando o processo CMOS 0.35 IJ.m AMS disponibilizado pelo Projeto Multi-Usuário (PMU) Fapesp. A membrana do sensor foi obtida através de um processo de desbaste mecânico da pastilha de silício onde o circuito foi fabricado. Analisamos também a dependência da tensão de limiar e da mobilidade de um transistor PMOS com relação ao estresse mecânico. O sensor fabricado apresentou um consumo de potência da ordem de 3 IJ. W e uma sensibilidade de 8.9 mV/psi Abstract: A nove I Iow power totally CMOS compatible mechanical-stress sensitive differential amplifier. which can be used as a pressure sensor. is presented. This amplifier is based on a special designed layout where the stress sensitivity of the input differential pair. is maximized and the stress effects on the second stage are minimized. Finite element simulation was used to design the membrane and to locate the element sensor on it. The sensor was fabricated in a CMOS 0.35 IJ.m AMS process supported by the Fapesp Multi -User Project. In order to make a pressure sensor without a backside bulk micro-machining process. the thickness of the die was reduced by a mechanical polishing process. This work also analised the limiar-voltage and the mobility dependence with regard to mechanical stress. The sensor power consumption amounts to 3 IJ. W and the sensitivity amounts to 8.9 m V/psi Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O diagnóstico médico por ultra-som vem sendo amplamente difundido, tornando se referência em muitos exames clínicos. Por meio das imagens por ultra-som é possível representar a anatomia de tecidos e órgãos de forma não-invasiva, em "tempo real" e sem a utilização de radiação ionizante. A construção de equipamentos de geração de imagens por ultra-som exige um conjunto confiável de circuitos e componentes eletrônicos, de forma a excitar os transdutores ultra-sônicos e também receber os sinais refletidos de forma rápida e robusta. Entretanto, há também a necessidade da utilização de softwares capazes de processar os sinais ultra-sônicos e gerar as imagens de maneira eficiente. Esse trabalho teve como objetivo primário o desenvolvimento de um software código aberto para formação de imagens por ultra-som, empregando técnicas de formação de imagem por ultra-som em "tempo real". O feixe acústico produzido pelos transdutores matriciais do tipo array pode ser defletido e/ou focalizado pela ativação eletrônica dos elementos do transdutor. Dessa forma, como objetivo secundário, foram desenvolvidos circuitos digitais que geram os estímulos com as seqüências de ativação dos elementos transdutores, para que o feixe acústico seja defletido ou focalizado em uma dada distância ou ângulo a partir da face do transdutor matricial. Os circuitos digitais foram criados utilizando FPGA's. O software de geração de imagens bidimensionais por ultra-som, batizado de ImageB, foi desenvolvido em linguagem C++ com Qt Toolkit 4, com estrutura modular, pode ser estendido por meio de plug-ins além de ser multiplataforma e de licença livre. Além dos algoritmos clássicos para conversão do sinal de RF para imagem em escala de cinza, o software incorpora também as técnicas de abertura e focalização sintética (SAFT e SF). O software e o hardware desenvolvidos nesse trabalho foram testados com um transdutor matricial linear de doze elementos, com freqüência central de ressonância de 1MHz. Foi possível observar que os circuitos foram capazes de defletir e focalizar o feixe acústico e o software ImageB foi capaz de gerar imagens dinâmicas de uma estrutura conhecida (phantom de laboratório), trabalhando de forma paralela e integrada com o hardware desenvolvido Abstract: The ultrasound medical diagnosis has been widely used, becoming a reference in many clinical procedures. Ultrasound imaging makes it possible to represent the anatomy of organs and tissues in a non-invasive, real time way and without using ionizing radiation. The construction of ultrasound imaging systems requires a set of reliable circuits and electronic components, for exciting the ultrasonic transducers and receiving the reflected signals in a fast and robust way. However, one has to use software capable to efficiently process the received ultrasound signals and generate images. This work, as primary objective, aimed at the development of an open-source software for ultrasound image formation, employing techniques for real time ultrasound image formation. The acoustic beam produced by array transducers can be steered and/or focused by electronic activation of the elements of the transducer. As secondary objectives, digital circuits were developed to generate the sequence of activation of the transducer elements in order to steer and focus the acoustic beam electronically over the region of interest at a given distance or angle from the face of the transducer array. These digital circuits were created using FPGA's. The software to generate two-dimensional ultrasound images, ImageB, was developed in C++ with Qt Toolkit 4, has been designed in a modular form, can be extended via plug-ins and is multiplatform and freeware. Besides the traditional algorithms for conversion of the RF signal to grayscale image, the software also incorporates the techniques of aperture and synthetic focus (SAFT and SF). The hardware and software developed in this work were tested using a 1 MHz 12-element array transducer. It was possible to notice that the circuits were capable to steer and focus the acoustic beam and the software ImageB was capable to generate dynamic ultrasound images of a known structure (laboratory phantom), working with the developed hardware in an integrated and parallel way Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Objetivo: verificar o efeito da adição da Estimulação Elétrica Neuromuscular (NMES) ao treinamento do padrão de Facilitação Neuromuscular Proprioceptiva (FNP) em membro superior de pacientes hemiparéticos pós-AVC. Metodologia: foram selecionados 10 pacientes, divididos igualmente em dois grupos. Ambos receberam o treinamento com os padrões de FNP, entretanto o grupo 2 recebeu a adição da NMES. As avaliações dos membros superiores foram realizadas pré-tratamento (iniciais), pós-tratamento (finais) e após 7 a 8 semanas do término das sessões de tratamento (tardias). Para a avaliação utilizou-se a Escala de Fugl-Meyer, o índice de Barthel Modificado (IBM) e Escala de Ashworth. Resultados: Análises não-paramétricas revelaram aumentos estatisticamente significativos na pontuação motora total do MS em todos os estágios da avaliação de Fugl-Meyer para o grupo 1. O grupo 2 somente mostrou aumento estatisticamente significativo para o estágio I x F (p-valor=O,O30), sendo para os demais estágios o p-valor>O,O5. Na escala de Ashworth encontrou-se diferença significativa somente entre a comparação dedo I dedo F do grupo 1 (p-valor=O,O30). No grupo 1, encontraram-se diferenças significativas (pvalor=O,O30) na goniometria ativa e passiva da flexão de ombro e de cotovelo I x F e I x T, e também houve diferença significativa na flexão de punho passiva F x T e extensão de punho passiva I x T. Não houve diferença estatisticamente significativa no IBM para ambos os grupos. Conclusões: analisando-se isoladamente cada grupo, o protocolo utilizado para o grupo de FNP foi suficiente para aumentar a pontuação motora do MS na Escala de Fugl-Meyer, apresentando retenção do tratamento. Entretanto a adição da NMES não foi suficiente para garantir a retenção do tratamento e alterar o IBM e Escala de Ashworth Abstract: Objectives: The aim of this study was to evaluate the efficacy of Neuromuscular Electrical stimulation (NMES) added to Proprioceptive Neuromuscular Facilitation (PNF) patterns in upper limbs of hemiparetic patients after stroke. Methods: Ten hemiparetic subjects were divided into two groups, both receiving PNF patterns. Group 2 received, in addition, NMES. Upper limb was evaluated pre-treatment (initial - I), post-treatment (final - F) and after 7 or 8 weeks after the end of the sessions (Iate - L). Motor function was assessed with the upper extremity motor subscore of the Fugl-Meyer Assessment (FMA), the Modified Barthel lndex (MBI), and Ashworth Scale for muscular tonus. Results: Non-parametric analyses revealed statistically significant gains in Fugl-Meyer Scores between I x F, I x L and F x L (p=O,O30) in group 1. Group 2 only showed statistically significant gains for I x F, for the other combinations p>O,O5. Ashworth Score presented significant differences only for fingers I x F in group 1 (p=O,OO3). For group 1, there were significant differences (p=O,OO3) in active and passive goniometry for shoulder flexion I x F and I x L, elbow flexion I x F and Initial x L, and there were also significant differences in passive wrist flexion F x L and passive wrist extension I x L. There were not statistically significant differences in MBI for both groups. Conclusion: The methodology was able to increase the motor score of upper extremity by Fugl-Meyer Score and increasing amplitude of the passive and active movement. Meanwhile, the addition of FES was not enough to change with statistical significance the data of the Fugl-Meyer Assessment, MBI and Ashworth Scale Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Wilson Magalhães Bassani; Pedro Xavier de Oliveira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O vaso dorsal do inseto tem sido proposto como novo modelo animal para estudo do funcionamento do coração de vertebrados devido às múltiplas semelhanças genéticas, moleculares e fisiológicas que guardam um com o outro. O vaso dorsal do Tenebrio molitor (Linnaeus, 1758; Insecta, Coleoptera) apresenta atividades crono e inotrópica dependentes de um retículo sarcoplamástico (RS) funcionalmente ativo que também é essencial durante o efeito cronotrópico positivo exercido pelo agonista serotonina (5-HT). O objetivo do presente trabalho foi estudar, com uma abordagem farmacológica, alguns mecanismos (vias de sinalização e receptores) modulados pela 5-HT no coleóptero. Além disso, foi possível estudar outras fontes de influxo de Ca2+ do sarcolema reguladores da atividade inotrópica, que, em contraste com a atividade espontânea, tem sido bem menos estudada. Para estas finalidades, foi desenvolvida uma ferramenta computacional na plataforma Labview para se extrair o diâmetro luminal e a frequência cardíaca (FC) durante aquisição de vídeo e perfusão da preparação in situ do besouro. Os principais resultados encontrados foram: a) tratamento do vaso dorsal com o antagonista dos receptores 5-HT2 (5-HT2R) exerceu um desvio na curva concentração-efeito à 5-HT. A sensibilidade da preparação ao agonista diminuiu progressivamente durante aumento da concentração do antagonista, mas não ocorreram modificações na resposta cronotrópica máxima (Rmax); b) a Rmax à 5-HT foi diminuída durante perfusão das preparações com 2-aminoetoxidifenil borato (2-APB), um inibidor não seletivo dos receptores de 1,4,5-inositoltrifosfatado; c) a FC durante concomitante exposição a 100 nM de 5-HT e 3-isobutil-1-metilxantina (IBMX, 50 µM) foi ligeiramente maior (~40 %) do que a plena exposição ao IBMX, o que sugeriu a participação do monofosfato cíclico de adenosina (AMPc) na via serotoninérgica; d) o efeito cronotrópico positivo ao IBMX foi possivelmente independente da inibição de receptores de adenosina (ADOR), pois o vaso dorsal apresentou efeito cronotrópico positivo à adenosina (ADO). A sensibilidade a ADO diminuiu durante exposição ao antagonista do ADOR que medeia os níveis citosólicos de AMPc, o que realçou a participação do nucleotídeo na atividade espontânea; e) foi demonstrado, quando as preparações foram estimuladas eletricamente e expostas simultaneamente ao thapsigargin, D600 e KB-R7943, que o influxo de Ca2+ pelos canais de Ca2+ tipo-L, mas não pelo trocador Na+/Ca2+, em associação com a liberação de Ca2+ do RS são fontes primárias na regulação da amplitude de contração. Do presente trabalho pôde-se concluir que este foi o primeiro estudo da regulação de canais de Ca2+ do sarcolema na atividade inotrópica no coração de insetos. Além disso, segundos mensageiros como AMPc e 1,4,5-inositoltrifosfatado, este mobilizado pela ativação de 5-HT2R, estão envolvidos na via serotoninérgica no vaso dorsal do T. molitor Abstract: The dorsal vessel from insects has been proposed as an emergent model to understand the physiopathology of the heart due to multiplies genetic, molecular and physiology features with vertebrates as, for instance, chronotropic and inotropic activity regulated by a functional sarcoplasmic reticulum (SR), particularly in Tenebrio molitor (Linnaeus, 1758; Insecta, Coleoptera), which is also fundamental for responsiveness of the dorsal vessel spontaneous rhythm to agonist serotonin (5-HT). The present study aimed at investigating, with a pharmacological approach, some underlying mechanisms (signaling pathways and receptors) into the positive chronotropic response of the dorsal vessel of the Tenebrio molitor to 5-HT. Moreover, other Ca2+ sources involved in inotropic activity, whose more substantial information still lacks, were studied. A computer program was developed in Labview 11.0 platform in order to extract the luminal diameter and the heart rate (HR) during real-time videos recording of the perfused in situ preparation. The main results were: a) dorsal vessel treatment with the 5-HT2 receptor antagonist (5-HT2R) produced a rightward shift of the 5-HT concentration-response curve, by diminishing the sensitivity progressively during increments of the antagonist concentrations, but without modifying the maximum chronotropic response (Rmax); b) Rmax to agonist was depressed during perfusion with 2-aminoethoxydiphenyl borate, a non-selective inositol triphosphate (IP3) receptor inhibitor; c) the HR during combined exposure to 100 nM of 5-HT plus the 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX, 50 µM), was slightly greater (~ 40 %) than solely the exposure to IBMX, suggesting also the involvement of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) in serotoninergic pathway; d) the positive chronotropic effect of IBMX was regardless of the adenosine (ADO) receptor (ADOR) inhibition, once the preparation presented a positive chronotropic response to ADO, whereas the sensitivity to agonist decreased at two concentrations of ADOR-mediated cAMP stimulation antagonist, further highlighting the importance of cAMP cytosolic levels in driving spontaneous rhythm; e) the combined exposure to thapsigargin, D600 and KB-R7943 in a subset of preparations underwent to electrical stimulus unveiled that Ca2+ influx via L-type Ca2+ channels, but not via Na+/Ca2+ exchanger, synergistically with SR regulates the systolic variation in the luminal diameter. In conclusion, this the first demonstration of inotropic activity regulation in insects via Ca2+ sources from sarcolemma. Furthermore, the serotoninergic pathway involved in positive chronotropic response in beetle is dually coupled to cytosolic mobilization of cAMP and IP3, this last activated via 5-HT2R Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ 163911/2012-6

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Indivíduos acometidos por acidente vascular encefálico (AVE) freqüentemente apresentam diminuição na habilidade de controlar os movimentos do ombro, cotovelo e punho, bem como de realizar as tarefas de preensão com o membro superior afetado (parético). Na última década, estudos têm investigado os efeitos da aplicação simultânea e intensiva de estimulação elétrica neuromuscular e exercícios funcionais, como forma de auxiliar na reabilitação dos movimentos da mão. Uma vez comprovada a efetividade deste procedimento terapêutico, denominado Terapia Elétrica Funcional Intensiva (TEFI), poderá haver aplicação em larga escala nos centros de reabilitação, devido à redução do tempo de tratamento proporcionado pelo procedimento, uma vez que este consiste, essencialmente, em oferecer aos pacientes sessões de tratamento longas e várias vezes por semana, porém, por poucas semanas. Convencionalmente, os pacientes se submetem a duas ou três sessões de cinqüenta minutos de fisioterapia por semana, durante anos. Contudo, várias questões no que se refere à combinação destas duas técnicas terapêuticas ainda estão por serem respondidas. O objetivo do presente estudo foi comparar os efeitos do treinamento funcional isolado com os efeitos do treinamento funcional somado à terapia elétrica funcional intensiva, a curto, médio e longo prazo, na função motora do membro superior acometido por paresia decorrente de AVE. Dez voluntários, com média de idade e de tempo de lesão de 63,1 (±11) anos e 7,9 (±6,8) meses, respectivamente, foram selecionados e divididos por sorteio em dois grupos. Oito voluntários concluíram o estudo. A intervenção foi de 5 semanas, 30 minutos de terapia convencional somados a 30 minutos de TEFI. Para o grupo experimental foi utilizado estimulador elétrico neuromuscular de 4 canais, marca Actigrip® CS system. Nas primeiras duas semanas de tratamento com estimulação elétrica, apenas músculos proximais do membro superior (m. deltóide, fibras anteriores e laterais) foram estimulados via eletrodo de superfície, com pulso monofásico com carga compensada, freqüência de 50 Hz, tempo de pulso de 200 µs e amplitude de 20 a 45 mA. Nas três semanas seguintes, o mesmo procedimento foi aplicado a músculos distais do membro superior. (canal 1 - extensor longo do polegar e, canal 2- m. oponente e flexor do polegar, canal 3 - flexor profundo em superficial dos dedos e canal 4 - músculo extensor comum dos dedos). A eletroestimulação foi realizada de tal forma a recrutar estes grupos musculares numa seqüência que mimetizava o movimento de pegar e soltar um objeto, qual seja, de estender sequencialmente o polegar, os dedos e punho e, na seqüência, flexionar o polegar, os dedos e punho. A função motora foi avaliada através dos seguintes testes: 1) Teste de Funcionalidade para Membros Superiores (Upper Extremity Functioning Test -UEFT), 2) Teste do quadrado adaptado (Drawing Test- DT) e avaliação neurológica. A análise de variância (ANOVA) mostrou diferença significante (F(4,20)=8,4; p

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A eletromiografia e uma pratica clinica que permite inferir sobre a integridade do sistema neuromuscular, o que inclui a analise da unidade funcional contrátil do sistema neuromuscular, a unidade motora. O sinal eletromiografico e um sinal elétrico resultante do transiente iônico devido potenciais de ação de unidades motoras capturados por eletrodos invasivos ou não invasivos. Eletrodos invasivos capturam potenciais de ação de ate uma única unidade motora, porem o procedimento e demorado e incomodo. Eletrodos de superfície permitem detectar potenciais de ação de modo não invasivo, porem resultam na mistura de potenciais de ação de varias unidades motoras, resultando em um sinal com aparência de ruído aleatório, dificultando uma analise. Técnicas de Separação Cega de Fontes, como Analise de Componentes Independentes, tem se mostrado eficientes na decomposição de sinais eletromiograficos de superfície nos constituintes potenciais de ação de unidades motoras. Este projeto tem como objetivo desenvolver um protótipo capaz de capturar sinais mioeletricos de superfície e analisar a viabilidade da separação de sinais eletromiograficos intramusculares misturados linearmente, utilizando Analise de Componentes Independentes. O sistema proposto integra uma matriz de eletrodos com ate sete canais, um modulo de pré-processamento, um software para controle da captura dos sinais eletromiograficos de superfície e o algoritmo FastICA em ambiente MATLABR para separação dos sinais eletromiograficos. Os resultados mostram que o sistema foi capaz de capturar sinais eletromiograficos de superfície e os sinais eletromiograficos intramusculares misturados linearmente foram separados de forma confiável Abstract: Electromyography is a clinical practice that provides information regarding the physiological condition of the neuromuscular system, which includes the analysis of the contractile functional unit of the neuromuscular system, known as motor unit. The electromyographic signal is an electrical signal resultant from ionic transient regarding motor unit action potentials captured by invasive or non-invasive electrodes. Invasive electrodes are able to detect action potentials of even one motor unit, although the procedure is time consuming and uncomfortable. Surface electrodes enable detecting action potential noninvasively, although the detected signal is a mixture of action potentials from several motor units within the detection area of the electrode, resulting in a complex interference pattern which is difficult to interpret. Blind Source Separation techniques, such as Independent Component Analysis, have proven effective for decomposing surface electromyographic signals into the constituent motor unit action potentials. The objective of this project was to develop a system in order to capture surface myoelectric signals and to analyze the viability for decomposing intramuscular myoelectric signals that were mixed linearly, using independent component analyzes. The system includes an electrode matrix with up to seven channels, a preprocessing module, a software for controlling surface myoelectric signals capture, and the FastICA algorithm in MATLABR for the intramuscular myoelectric signals decomposition. The results show that the system was able to capture surface myoelectric signals and was capable of decomposing the intramuscular myoelectric signals that were previously linearly mixed Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Nas últimas décadas (anos 1978 a 2016), o projeto de próteses endoenergéticas construídas para amputados transmetacarpianos se baseia apenas nas medidas antropométricas do usuário e costumam desconsiderar a força de flexão de punho. Este trabalho tem o objetivo de desenvolver um modelamento matemático, simulado no MatLab®Inc, onde o dimensionamento dos atuadores é obtido a partir do valor da capacidade da força de flexão do metacarpo, ainda presente no usuário. Além disso, consideram-se os seguintes fatores: as medidas dos dedos e metacarpo protético, e dos ângulos iniciais das articulações do dedo protético, com a finalidade de reduzir a incidência de possíveis lesões na articulação de punho, devido ao uso constante da prótese. Deste modo, foram utilizados o método de articulações de múltiplos graus de liberdade e o princípio do trabalho virtual para o cálculo da força de preensão do dedo protético e da constante elástica das molas, presentes nas articulações do dedo protético. Quando projetado o sistema protético para um usuário com força de flexão de punho de 15N e uma posição inicial do dedo protético de aproximadamente 60 graus, as constantes elásticas são de K1= 0.7873 N/mm, K2 = 0.8007 N/mm e K3 = 0.8007 N/mm e a força de preensão no eixo Y é de 18.8 N. Para aferir estes resultados teóricos, foi simulado a prótese com dois dedos em oposição com constantes elásticas de para K1, K2 e K3 igual a 0,8 N/mm utilizando o software Algodoo, obtendo uma força normal a peça de N = 11,55 N. Sendo assim, podemos concluir que a metodologia elaborada mostrou a possibilidade de predizer matematicamente a relação entre a força de flexão de punho do amputado e a força de preensão da prótese, antes de confeccionar o mecanismo Abstract: In recent decades (years 1978 to 2016), endoenergetic prosthesis project built for transmetacarpian amputees was based only on user anthropometric measurements, and used disregards the amputee wrist flexion force. This work aims at creating a mathematical model, simulated on Matlab®Inc, where the dimensioning actuators are calculated from the available flexion force, still present on the user. Besides, were consider the following factors: fingers and prosthetic metacarpian measurements, and the initial angles of prosthetic finger joints, to reduce the possibility of wrist joint injuries, due to prosthesis constant use. Thus, the method of multiple degree of freedom linkage and the principle of virtual work were used to calculate the prehension force of prosthetic finger and the elastic constant of the springs, positioned on the prosthetic finger joints. When projected the prosthetic system for a user with wrist flexion force of 15N and an initial position with prosthetic finger approximately 60 degrees, elastics constants are K1= 0.7873 N/mm, K2 = 0.8007 N/mm and K3 = 0.8007 N/mm and prehension force on Y axis is 18,8 N. In order to gauge these theoretical results, was simulates a prosthesis with two fingers in opposition with approximately the same elastic constants using software Algodoo, that results a normal strength of N = 11,55 N. Therefore, we could conclude that elaborate methodology showed possibility to predict mathematically relation between wrist flexion force of amputee and prehension force of prosthesis, before mechanism confection Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Antonio Augusto Fasolo Quevedo, Waldir Antonio Bizzo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O espirômetro é um dispositivo que avalia a ventilação pulmonar. Este é um trabalho preliminar que propõe um sensor eletromecânico de fluxo com foco na aplicação biomédica de espirometria. O sensor consiste de um corpo rombudo, introduzido em um cano por um orifício, e um acelerômetro. A colisão das partículas do fluido contra o corpo rombudo gera vórtices, que por sua vez induzem vibrações no corpo. Forças de arrasto também estão presentes e tendem a movimentar o corpo. Os movimentos decorrentes do escoamento são captados pelo acelerômetro, que é posicionado na porção do corpo rombudo externa ao cano, evitando o contato do elemento eletrônico (acelerômetro) com o fluido, o que pode facilitar procedimentos de esterilização da luz do cano. Foram analisados corpos rombudos em forma de lâmina (com e sem massa adicional) e cilindro. O procedimento experimental consistiu no estabelecimento de seis regimes permanentes de entrada (vazão de ar) e na captura do sinal de resposta do sensor (nos três eixos). Foram coletadas 24 respostas do sensor para cada um dos regimes e posteriormente foram levantadas as curvas do sensor e realizadas análises estatísticas. Resultados significativos foram encontrados para o eixo do acelerômetro paralelo ao fluxo. Para a lâmina, o Valor Eficaz (RMS) do sinal foi proporcional à vazão com linearidade e coeficiente de correlação variando, respectivamente, de 19% e R2 = 0,99058, para o ensaio sem massa adicional, a até 8,4% e R2 = 0,9741, para o ensaio com massa adicional. O arrasto contínuo (valor médio da resposta) não guardou relação monotônica com o aumento da velocidade do ar. Já para o cilindro, o arrasto foi proporcional à vazão com altíssima linearidade e correlação (0,17% e R2 = 0,96347), mas o RMS do sinal não guardou relação monotônica com a vazão. Finalmente, embora sejam necessários mais estudos para utilizar o sensor proposto em equipamentos de espirometria, este trabalho demonstra que o sensor responde proporcionalmente às entradas (escoamento), dentro (de 0 a até 14 l/s) e fora da faixa (até 21 l/s) de operação do espirômetro com altos coeficientes de correlação e linearidade, além de respostas diferenciadas dadas diferentes entradas (vazões) comprovadas por ANOVA (valor de p < 10-15). Abstract Spirometer is a device that evaluates pulmonary ventilation. This paper presents a preliminary study of a new electromechanical sensor, focused on the biomedical application of spirometry. The sensor is composed of a bluff body positioned inside a tube trough a hole, being a part of the body inside and another part outside of the tube, and an accelerometer positioned on the outside part. Within a fluid flow, the bluff body causes vortex shedding, and the vortexes induce vibrations on the body. Also, the viscous force of the flow drags the bluff body. Both movements are captured by the accelerometer and correlated with the flow. One important feature of this sensor is that the fluid does not contact any of the electronics, easing tube lumen sterilization procedures. Three types of bluff bodies were studied: two blades (with and without additional mass), and one cylinder. The experimental procedure consisted of establishing six different air flows and then capturing the accelerometer response in all of its three axes. Each of the collected signals from the accelerometer was divided in 24 parts, and these parts where analyzed through statistics; finally the mean response of the sensor was plotted. Best results were found in the accelerometer axis parallel to the air flow. In the blade tests, the RMS value of the AC component was proportional to the air flow, with linearity and correlation varying, respectively, from 19% and R2 = 0.99058 for the blade without mass, to 8.4% and R2 = 0.9741 for the blade with additional mass. It was observed that the mass addition reduced in a meaningful way the response variances. Yet the viscous force (DC value) did not respond in a monotonic way with the increase of air flow. On the other hand, the viscous force was the most expressive regarding the experiments with the cylinder (linearity of 0.17% and R2 = 0.96347), but the RMS value did not respond in a monotonic way. Finally, although further studies are needed to prove that the proposed sensor is efficient to be used in spirometry equipment, this study demonstrates that this sensor responds proportionally to the flow input, within (0 to 14 l/s) and without (up to 21 l/s) the spirometer operation range, with high correlation and linearity, as well as varying responses, given different inputs (flow), as verified by ANOVA test (p < 10-15). Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A técnica IPTM (Integração Postural por Terapia Manual) é uma nova abordagem de correção postural já testada empiricamente. Ela baseia-se no tratamento localizado, na regra convexo-convexo. A correção se baseia no realinhamento no lado convexo do desvio postural de um lado contra o formato convexo de um artefato do outro lado, através de movimento passivo oscilatório realizado pelo terapeuta, estando o paciente deitado em repouso. Entretanto, a técnica necessita de um estudo científico controlado para validação como procedimento fisioterápico. Neste estudo, a técnica de correção postural utilizada como comparação foi a RPG (Reeducação Postural Global) fundamentada no conceito Mézières. Diferente da IPTM, a técnica RPG baseia-se no tratamento globalizado, a correção é ativa, os desvios são estirados da cabeça aos pés ao mesmo tempo, acompanhado pelo terapeuta observando, intervindo e corrigindo simetricamente a postura deste paciente. O objetivo do presente estudo foi comparar as duas técnicas iniciando com uma distribuição assimétrica do peso corpóreo entre os retropés do voluntário, sendo um retropé alinhado normalmente e outro valgo, visando através do tratamento o realinhamento do retropé valgo para obter uma distribuição mais simétrica possível entre os retropés. O tratamento durou 4 semanas, uma vez por semana, e os voluntários foram avaliados antes e depois de cada sessão de tratamento. Após 4 semanas da última sessão de tratamento, foi realizada uma reavaliação. No presente estudo participaram 60 voluntários militares, 19,3±1,650 anos, assintomáticos, divididos aleatoriamente em dois grupos de trinta. Um grupo foi submetido ao tratamento convexo-convexo da técnica IPTM, enquanto outro grupo foi submetido ao tratamento com postura global em pé e coluna encostado na parede mediante à técnica RPG. Os voluntários realizaram a aferição do equilíbrio postural estático bipodálico através da análise da simetria de pressão dos retropés em um baropodômetro durante 5 segundos. Para avaliar as diferenças na distribuição assimétrica do peso corpóreo entre os retropés, foram medidas a superfície plantar corpórea (cm2) e distribuição percentual (%) de carga corpórea através da região plantar. Os dados resultantes foram avaliados quanto à distribuição normal através do teste de Kolmogorov-Smirnov. Para avaliação do efeito tempo em relação ao estado inicial em cada grupo e grupo de medidas repetidas, foi usada a estatística de Wilks ANOVA e o teste T pareado. O nível de significância foi de 5%. O resultado demonstrou que na avaliação da superfície plantar corpórea, em ambos grupos foram observadas diferenças significativas entre os grupos (p < 0,05) e entre os tempos, pois apresentaram diferença significativa em relação ao inicial (p < 0,05) e na reavaliação após 4 semanas pós tratamento. O grupo IPTM apresentou melhor resultado (p

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A dor é um dos sintomas mais prevalentes na maioria das afecções clínicas, ao ponto de ser considerado por alguns autores como o quinto sinal vital. Apesar de ser largamente estudada, ainda carece de instrumentos para a sua avaliação de forma objetiva. Enquanto isso, a estimulação elétrica dos tecidos vem sendo largamente utilizada para realização de procedimentos clínicos nas mais variadas áreas, desde a estimulação de tecidos musculares até na analgesia e na recuperação dos tecidos. Esse trabalho visou desenvolver um estimulador elétrico transcutâneo com o objetivo de estimular as fibras nervosas A? e C, responsáveis por transmitir os impulsos sensitivos nociceptivos, e assim mensurar a sensibilidade dolorosa dos indivíduos de maneira objetiva. O aparelho desenvolvido gera uma onda de estimulação com subida e descida abruptas, sendo possível ao operador ajustar a largura do pulso de estimulação, a frequência e a amplitude do estímulo. Estes parâmetros são exibidos em uma tela LCD no dispositivo e podem ser ajustados por botões dispostos abaixo desta tela. O estimulador também possui um espelho de corrente como gerador da onda de estimulação. Essa arquitetura permite que o dispositivo mantenha uma corrente de saída constante, mesmo submetido às impedâncias variáveis da pele íntegra. O dispositivo foi testado em voluntários saudáveis. Foi aplicado a esses voluntários um estímulo de intensidade crescente e ao perceberem o estímulo como doloroso o estímulo era interrompido e os valores de intensidade anotados. O estimulador se mostrou um método eficaz para produzir sensação dolorosa Abstract: Pain is one of the most common symptons in all deseases and considered to be the fifth vital sign for some authors. Although widely studied, it still have few instruments to be evaluated ob-jectively. On the other land, tissue electrical stimulation has been widely used in clinical aplications on most varied areas, like muscular stimulation, pain control and tissue healing, This work deve-loped a transcutaneous electrical stimulator device with the purpose of sensitize A? e C nerve fi-bers, responsible to transmit the nociceptive impulses, and with it mensure subject’s pain sensiti-vity in a objective way. The developed device generates stimulation with abrupt climb and fall, were is possible to the operator to adjust the pulse width, amplitude and frequency. These parameters are displayed in an LCD screen in the device. There are adjustable in bottons below the screen. There is a current mirror in the stimulator that generates the stimulation wave. This architecture allows the device to keep a constant output current even with variable skin impedances. The device was tested in healthy subjects. A growing intensity stimulus was applied to this volunteers, and when they realized a painful sensation, the test was interrupted and the intensity values noted. The stimulator proved to be a effective method to produce painful sensation Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: INTRODUÇÃO: A dor é um fenômeno multidimensional com componentes sensitivos, emocio-nais e cognitivos, ligada ou não a um dano orgânico. Mensurar o limiar de dor, de forma padroni-zada, desempenha um papel fundamental para o adequado tratamento da dor. A algometria de pressão mensura a resposta dos nociceptores à pressão, porém apresenta limitações quanto à varia-bilidade dos avaliadores, dificultando o acompanhamento da evolução terapêutica. Um método de algometria elétrica é proposto, utilizando um dispositivo que pode reduzir as limitações causa-das pelo método de pressão e facilitar a prática clínica. OBJETIVOS: Avaliar o limiar de dor por meio de algometria elétrica e a variabilidade interavali-adores; comparar o limiar de dor da algometria elétrica e de pressão por um mesmo avaliador; e avaliar se os limiares de dor por ambos os métodos apresentam diferenças entre os gêneros. METODOLOGIA: Foi realizado um estudo de corte transversal com 60 indivíduos saudáveis do gênero feminino e masculino de 20 a 40 anos, sendo: grupo 1, masculino e grupo 2, feminino, com 30 indivíduos em cada grupo. As avaliações dos limiares de dor foram realizadas com algo-metria elétrica e algometria por pressão. Foi desenvolvido um dispositivo de algometria elétrica em outro trabalho do grupo de pesquisa, e foi realizado um estudo piloto para avaliar os melhores parâmetros para as avaliações. Para avaliar as aplicações clínicas, o dispositivo foi submetido aos estudos de confiabilidade dos avaliadores e, após, foi realizada a etapa de validação clínica do método de algometria elétrica. RESULTADOS E DISCUSSÃO: No estudo de confiabilidade, os resultados mostraram exce-lente confiabilidade intra e interavaliadores para ambos os métodos de algometria. Na etapa de validação clínica com 60 sujeitos, os resultados mostraram que a algometria por pressão pode pre-ver os limiares de dor da algometria elétrica no grupo feminino, quando aplicadas por um mesmo avaliador. Em relação a variabilidade interavaliadores, o algômetro elétrico não mostrou variações significativas em ambos os grupos, mostrando que o método independe do avaliador. Para a com-paração intergrupos, os limiares de dor à pressão não apresentaram diferenças entre os gêneros, conforme já descrito em estudos anteriores. Já os limiares de dor por corrente elétrica obtidos por dois avaliadores mostraram que o grupo masculino apresentou o limiar de dor superior ao do grupo feminino. Nas análises do nível de desconforto, por meio da Escala Visual Analógica da dor (EVA), a algometria elétrica e a algometria por pressão promoveram níveis de desconforto distintos em ambos os gêneros, porém, a algometria elétrica realizada por dois avaliadores promo-veu níveis de desconforto similares dentro de cada gênero e na comparação entre os gêneros, o que confirma a não dependência dos avaliadores para a execução do método e no desconforto gerado pela técnica. CONCLUSÃO: A algometria elétrica mensura o limiar de dor com redução dos fatores limitan-tes da algometria por pressão, em relação à necessidade de treinamento intensivo e variabilidade interavaliadores. Entretanto, a algometria elétrica apresenta diferenças entre os gêneros, porém com níveis de desconforto similares Abstract: INTRODUCTION: Pain is a multidimensional phenomenon with sensitive, emotional and cogni-tive components, linked or not to organic damage. Measuring the pain threshold, in a standardized way, plays a fundamental role for the adequate treatment of pain. Pressure algometry measures the response of nociceptors to pressure, but it has limitations regarding the variability of the evalu-ators, making it difficult to monitor the therapeutic evolution. An electrical algometry method is proposed, using a device that can reduce the limitations caused by the pressure method and facili-tate clinical practice. OBJECTIVES: assess the pain threshold by means of electrical algometry and the inter-rater variability; compare the pain threshold of electrical algometry and pressure by the same evaluator; and assess whether pain thresholds for both methods differ between genders. METHODOLOGY: A cross-sectional study was carried out with 60 healthy female and male in-dividuals aged 20 to 40 years, being: group 1, male and group 2, female, with 30 individuals in each group. Assessments of pain thresholds were performed with electrical algometry and pressure algometry. An electrical algometry device was developed by the research group and a pilot study was carried out to evaluate the best parameters for the evaluations. In order to assess clinical ap-plications, the device was subjected to the reliability studies of the evaluators and, afterwards, the clinical validation step of the electrical algometry method was carried out. RESULTS AND DISCUSSION: In the reliability study, the results showed excellent intra- and inter-rater reliability for both algometry methods. In the clinical validation stage with 60 subjects, the results show that pressure algometry can predict the pain thresholds of electrical algometry in the female group, when applied by the same evaluator. Regarding inter-rater variability, the elec-tric algometer did not show significant variations in both groups, showing that the method is inde-pendent of the evaluator. For intergroup comparison, pressure pain thresholds did not differ be-tween genders, as described in previous studies. The electric current pain thresholds obtained by two evaluators, however, showed that the male group had a pain threshold higher than that of the female group. In the analysis of the level of discomfort, using the Visual Analog Pain Scale (VAS), electrical algometry and pressure algometry promoted different levels of discomfort in both gen-ders, however, the electrical algometry performed by two evaluators promoted similar levels dis-comfort within each gender and in the comparison between genders, which confirms the non-dependence of the evaluators for the execution of the method and the discomfort generated by the technique. CONCLUSION: Electrical algometry measures the pain threshold while reducing limitations of pressure algometry, in relation to the need for intensive training and inter-rater variability. How-ever, electrical algometry has differences between genders, but with similar levels of discomfort Mestrado Engenharia Biomédica Mestra em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Francisco Ubaldo Vieira Júnior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A Fibrose Cística é uma doença autossomica recessiva que acomete cerca de 70.000 indívíduos ao redor do mundo. A diagnóstico tem sido realizado desde equipamentos especializados nos centros de saúde que possuem alta disponibilidade de recursos, até protocolos químicos manuais. Dentre as técnicas mais utilizadas no mundo, está a metodologia de Schales e Schales(1941). Uma outra técnica tem adquirido especial interesse no Brasil é Zall et al. (1956), pelo atual cenário de descontinuidade no mercado brasileiro dos reagentes que realizam o protocolo de 'Schales¿.Ambas as técnicas têm como finalidade a quantificação da concentração de íons cloretos no suor, que se superado 69M tem diagnóstico positivo. O primeiro protocolo, 'Schales, é um protocolo de titulação que tem a concentração de cloretos diretamente associada ao volume de reagente gasto no teste até o momento final da reação, onde acontece a mudança abrupta de coloração. O segundo, 'Zall, é um protocolo em que o analito combina com o reagente, conferindo mudança gradativa de coloração a solução. Sua tonalidade é medida por meio da absorbância e associada a concentração de cloretos. No presente trabalho, é proposto um equipamento capaz de realizar ambos os protocolos citados a escolha do operador. Para tanto, no protocolo de Schales, foram realizadas varreduras espectroscópicas - equipamento comercial Beckman DU-800 - no ponto final da reação e determinado o comprimento de onda para máxima sensibilidade na medida de absorbância. Em seguida, ainda no equipamento comercial, foram feitas medidas de absorbância durante toda a realização do protocolo: a cada adição de reagente, no comprimento de onda calculado anteriormente e outros dois comprimentos, foram gerados gráficos desses experimentos e gráficos do percentual de variação entre medidas, que permitiram fossem estabelecidos os critérios para o fim do teste, ou seja, fim da adição de reagente e cálculo da [Cl-]. Na sequência, para o protocolo de 'Zall¿, foi realizado teste de seletividade com possíveis substâncias interferentes no suor que poderiam prejudicar a realização do mesmo. Foram também realizados testes de linearidade, uma vez que, nesse protocolo a concentração de cloretos tem relação linear com a absorbância. Todos esses testes foram realizados no Beckman. Como última etapa metodológica, os mesmos testes foram repetidos no protótipo. Tal protótipo conta com microcontrolador AVR com arquitetura RISC e 4 conjuntos de 16 fotodiodos num circuito integrado, TCS320, com filtragem ótica. Foi também utilizado um LED RGB como fonte luminosa. Todos esses e demais elementos do protótipo são acondicionados numa caixa projetada e impressa em 3D sob medida. Os principais resultados no desempenho do protótipo para 'Schales¿ foram: exatidão máxima de 110% contra 105% do conseguidos no equipamento comercial, repetitividade com desvio padrão máximo de 0,745M e coeficiente de variação máximo de 2,4%. Já para 'Zall, foi possível constatar que o desempenho do equipamento comercial Bekcman em 450 nm não é diferente do protótipo na análise de regressões lineares realizadas. Assim, com esses resultados, é possível afirmar que esse protótipo de baixo custo é capaz de realizar a detecção de cloretos numa amostra salina por meio de dois protocolos diferentes com parâmetros de desempenhos satisfatórios a um futuro diagnóstico de Fibrose Cística Abstract: Cystic Fibrosis is a recessive autosomal disease that afflicts 70,000 individuals around the world. The diagnosis has been made through specialized equipment in health centers that have high availability of resources, as well as through manual chemical protocols. Among the most used techniques in the world is the methodology of Schales and Schales (1941). Another technique that has acquired special interest in Brazil is the Zall et al. (1956) technique, due to the current scenario of discontinuity in the Brazilian market of the reagents that carry out the Schales protocol. Both techniques have as purpose the quantification of chloride ion concentration in sweat, which if exceeded 69M, has a positive diagnosis. The first protocol, 'Schales', is a titration protocol that has the concentration of chlorides directly associated with the volume of reagent spent in the test until the final moment of the reaction. The second, 'Zall', is a protocol in which the analyte combines with the reagent, imparting color change to the solution. Its hue is measured by absorbance and associated with chloride concentration. In the present work, it is proposed an equipment capable of accomplishing both mentioned protocols at the choice of the operator. To do so, in the Schales protocol, spectroscopic scans - Beckman DU-800 commercial equipment - were performed at the end point of the reaction and the wavelength determined for maximum sensitivity in the absorbance measurement. Then, also in the commercial equipment, absorbance measurements were made throughout the protocol: at each reagent addition, at the previously calculated wavelength and two other lengths, graphs of these experiments and graphs of the percentage of variation between measurements were generated , which allowed to establish the criteria for the end of the test, that is, the end of reagent addition and calculation of [Cl-]. Afterwards, for the 'Zall' protocol, a selectivity test was performed with possible interfering substances in the sweat that could affect its performance. Linearity tests were also performed, since in this protocol the concentration of chlorides has a linear relation with the absorbance. All of these tests were performed in the Beckman. As a last methodological step, the same tests were repeated in the prototype. This prototype features AVR microcontroller with RISC architecture and 4 sets of 16 photodiodes in an integrated circuit, TCS320, with optical filtering. A RGB LED has also been used as the light source. All these and other elements of the prototype are packed in a box custom-designed and printed in 3D. The main results in the performance of the prototype for 'Schales' were: maximum accuracy of 110% against 105% achieved in the commercial equipment, repeatability with maximum standard deviation of 0.745M and maximum coefficient of variation of 2.4%. Regarding the use of "Zall" it was possible to verify that the performance of the commercial device Beckman in 450 nm is not different from the prototype at the linear regression analysis performed.. Thus, with these results, it is possible to affirm that this low-cost prototype is able to perform the detection of chlorides in a saline sample by means of two different protocols with parameters of satisfactory performance to the Cystic Fibrosis diagnosis Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica DAAD

Orientador: Leonardo Abdala Elias Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A realimentação das vias sensoriais periféricas é de suma importância, não apenas para a percepção sensorial, mas também para o controle neural dos movimentos voluntários. As aferentes cutâneas são responsáveis por uma ampla gama de sensações de toque e têm um papel crucial na modulação do comportamento motor. Um interessante efeito induzido pela estimulação dos mecanorreceptores cutâneos é a melhora do desempenho sensório-motor. O efeito benéfico da estimulação vibrotátil é atribuído à ocorrência de ressonância estocástica no sistema nervoso. A hipótese principal é que uma intensidade específica do estímulo vibrotátil aumentaria o influxo das aferentes, melhorando assim a integração sensório-motora no sistema nervoso central. Neste trabalho, pretendemos avaliar os efeitos de uma estimulação vibrotátil senoidal no controle neurofisiológico da força muscular. Primeiramente, exploramos os efeitos da estimulação vibrotátil senoidal na variabilidade da força muscular durante tarefas visuomotoras isométricas. Ademais, avaliamos a influência da intensidade de contração e lateralidade na melhora motora causada pela estimulação vibrotátil. Por fim, avaliamos as propriedades de disparos de uma população de unidades motoras registradas durante uma tarefa motora aprimorada pela estimulação vibrotátil. No final deste material, forneceremos novas interpretações dos mecanismos neurofisiológicos por trás da influência das aferentes sensoriais cutâneas no controle da força muscular Abstract: Peripheral feedback is of paramount importance not only for sensory perception but also for the neural control of voluntary movements. Cutaneous afferents are responsible for a wide range of touch sensation and have a crucial role in modulating motor behavior. An exciting effect induced by the stimulation of mechanoreceptors at the skin is the improvement of sensorimotor performance. The beneficial effect of vibrotactile stimulation is attributed to the occurrence of stochastic resonance in the nervous system. The central hypothesis is that a specific intensity of vibrotactile stimulus would increase the afferent inflow, thereby improving the sensorimotor integration in the central nervous system. In this work, we aim at evaluating the effects of a sinusoidal vibrotactile stimulation on the neurophysiological control of muscle force. We first explored the effects of sinusoidal vibrotactile stimulation on force steadiness during isometric visuomotor tasks. We further evaluated the influence of contraction intensity and handedness on the motor improvement caused by vibrotactile stimulation. Finally, we evaluated the firing properties of a population of motor units recorded during a motor-enhanced task. At the end of this material, we will provide novel interpretations on the neurophysiological mechanisms behind the influence of cutaneous sensory inputs on muscle force control Doutorado Engenharia Biomédica Doutora em Engenharia Elétrica CAPES 88881.134842/2016-01

Orientador: Pedro Xavier de Oliveira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: As doenças cardiovasculares têm sido uma das maiores causas de morte no mundo, e pode levar ao surgimento de arritmias cardíacas, como a fibrilação ventricular (FV). A única terapia existente que pode reverter uma FV é a desfibrilação, porém, choques desfibrilatórios podem causar danos às células cardíacas. Já foi constatado, em trabalhos anteriores que analisaram as propriedades das células cardíacas, que estímulos aplicados na direção de seu maior eixo são capazes de estimular estas células com intensidade menor do que estímulos aplicados na direção de seu menor eixo. Sabendo que as células cardíacas estão orientadas em diversas direções, testes com protocolos de estímulos multidirecionais foram realizados e os resultados foram melhores quando comparados com estímulos monodirecionais, ou seja, foi necessária uma energia menor para estimular essas células. No entanto, para estimulação multidirecional são necessários pelo menos 3 pares de eletrodos, o que, em algumas preparações, pode ser inviável. O objetivo desse trabalho foi desenvolver instrumentação para estimular células cardíacas usando apenas dois pares de eletrodos, a partir do princípio da superposição. Para isso, foi necessário desenvolver um estimulador com dois canais independentes, para que o princípio da superposição fosse aplicado. Ao levantar a curva de relação entre a tensão desejada (que foi colocada no display) e a tensão obtida (que foi observada no osciloscópio), tivemos um erro máximo de 3%. Realizamos o experimento de mapeamento do campo elétrico no interior de uma câmara e analisamos o valor teórico calculado e o valor obtido experimentalmente. Ao compararmos esses valores, podemos observar uma boa concordância com os resultados desejados, o que possibilita futuros experimentos com células cardíacas isoladas Abstract: Cardiovascular diseases have been one of the greatest causes of death in the world, and may lead to cardiac arrhythmias, such as ventricular fibrillation. The only existing therapy that can reverse a VF is defibrillation. However, defibrillatory shocks are capable of causing injury to cardiomyocytes. Previous studies that analyzed the behavior of cardiac cells showed that stimuli applied in the cell major axis are able to stimulate cells with less intensity than stimuli applied in the direction of its minor axis. Knowing that the heart cells are oriented in different directions, tests with multidirectional stimuli protocols were performed and the results were better when compared with monodirectional stimuli. However, for multidirectional stimulation, at least 3 pairs of electrodes are required, which in some preparations may be impracticable. The aim of this work was to develop instrumentation to stimulate cardiac cells using only two pairs of electrodes and the principle of superposition. To accomplish this it was necessary to develop a stimulator with two independent channels, so that the superposition principle could be applied. When comparing the desired voltage with the voltage obtained, we had a maximum error of 3%. We also mapped the electric field inside a chamber and analyzed the theoretical value and the experimental value. When comparing both values, we can observe a good agreement with the desired results, which allows future experiments with isolated cardiac cells Mestrado Engenharia Biomédica Mestra em Engenharia Elétrica CNPQ 150207/2016-7

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O ato de caminhar é uma atividade complexa que envolve o sistema nervoso central e periféri-co, e todo o sistema musculoesquelético, tornando-o alvo de inúmeros estudos. Assim, a cine-siologia é responsável por compreender os mecanismos envolvidos na coordenação da marcha humana, realçando sua importância como ferramenta auxiliar no entendimento, detecção e tratamento de distúrbios locomotores. Atualmente, existem quatro principais diferentes abor-dagens para análise da marcha: Vídeo Cinemática, Plataforma de Força, Eletromiografia e Sensores inerciais (acelerômetro e giroscópio). Neste trabalho foi desenvolvido um equipamen-to baseada em Sistemas Wearable, constituído por Eletromiografia, acelerômetro, giroscópio, magnetômetro e footswitches. O desenvolvimento do equipamento ocorreu em três partes: mó-dulo sensor, módulo servidor e software de interface em ambiente Windows®. O módulo sen-sor constitui-se de dois canais de eletromiografia com ganho programável, acelerômetro, mag-netômetro e giroscópio triaxiais e dois canais A/D conectados a um FSRs cada, para trabalhar como footswitches. A alimentação é provida por uma bateria de íons-lítio, que fornece auto-nomia energética de, no mínimo, 5h de uso continuo. Cada módulo sensor, em pleno funcio-namento, produz 12.4kB de dados por segundo, transmitidos por meio sem fio em um canal dedicado para cada módulo. O módulo servidor recebe os dados de todos os canais e os envia pela porta USB, onde serão gerenciados pelo software de interface. O software identifica de quais sensores são os dados e os armazena em arquivos ".csv". Os testes de bancada mostra-ram que o equipamento se comporta como o esperado, as respostas em frequência dos canais de eletromiografia respondem à faixa de 10Hz a 1kHz, o acelerômetro, magnetômetro e giros-cópio respondem adequadamente às frequências de 2, 5, 10, 20 e 30Hz em uma viga vibrante engastada. A perda de pacotes de dados aumenta significativamente com o aumento do núme-ro de canais funcionando simultaneamente. No entanto, a presença de um buffer circular, ca-paz de armazenar o equivalente a 2 segundos de dados, assegura a retransmissão dos dados, minimizando as perdas reais. Os canais de eletromiografia foram testados sob condição de contração isométrica para 10%, 20%, 30%, 40% e 50% da MVC, sendo seus valores RMS compatíveis com os encontrados na literatura. Teste preliminar, com seis sujeitos, mostrou a capacidade do dispositivo em capturar todos os dados e transmiti-los simultaneamente. Deste modo, o sistema desenvolvido apresenta-se alta versatilidade como ferramenta para estudos da marcha humana utilizando o conceito dos sensores Wearable Abstract: The act of walking is a complex activity involving the central and peripheral nervous system, and the musculoskeletal system, making it the object of numerous studies. Thus, kinesiology is responsible for understanding the mechanisms involved in the human gait coordination, high-lighting its importance as an auxiliary tool for comprehension, detection and treatment of lo-comotor disorders. Currently, there are four main approaches to gait analysis: Video Kinemat-ic, Force Platform, Electromyography and Inertial Sensors (accelerometer and gyroscope). In this work was developed an equipment based on Wearable Systems, consisting of Electromyog-raphy, accelerometer, gyroscope, magnetometer and footswitches. System development was divided into three parts: sensor module, server module and interface software in Windows® environment. The sensor module comprises two electromyography channels with programma-ble gain, triaxial accelerometer, magnetometer and gyroscope, and two A/D channels connect-ed to a FSR each, to work as footswitches. Power is provided by a lithium-ion battery that pro-vides energy for continuous use for at least five hours. Each sensor module, in full operation, produces 12.4kB of data per second, transmitted wirelessly in a dedicated channel for each module. The server module receives the data from all the channels and sends them through the USB port, where they will be managed by the interface software. This software identifies which sensors data comes from and stores then in ".csv" files. Workbench tests showed that the equipment behaves as expected, the electromyography frequency responses of the channels respond to the range of 10Hz to 1 kHz, the accelerometer, magnetometer and gyroscope re-spond adequately to the basic frequencies of 2, 5, 10, 20 and 30Hz. Loss of data packets in-creases significantly with the increase in the number of channels running simultaneously. How-ever, a circular buffer capable of storing two seconds of data ensure its retransmission, mini-mizing actual data losses. Electromyography channels were tested under isometric contraction for 10%, 20%, 30%, 40% and 50% of MVC, and their RMS values were compatible with those found in the literature. Preliminary human test, with six subjects, show the device's ability to capture all data and transmit them simultaneously. In addition, parameters and patterns inher-ent to gait cycle were compatible with what was expected. Therefore, the developed system pre-sents high versatility as a tool for studies of human gait using the concept of wearable sensors Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica CAPES

Orientador: Pedro Xavier de Oliveira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: As doenças cardiovasculares representam uma das principais causas de morte no mundo, uma vez que podem levar ao desenvolvimento de arritmias cardíacas graves. Dentre estas, destaca-se a fibrilação ventricular (FV), que só pode ser revertida por meio de desfibrilação. No entanto, os choques desfibrilatórios são capazes de causar danos aos cardiomiócitos. A orientação do eixo principal da célula em relação à direção de aplicação do campo elétrico (E) é um fator determinante para a excitação e lesão celular, o que tem levado ao desenvolvimento de novos protocolos de desfibrilação. O objetivo desse projeto foi obter curvas de letalidade para diferentes orientações da célula em relação à direção do E, a fim de caracterizar a relação entre a orientação celular e a letalidade. Para isto, instrumentação que permitisse a estimulação de miócitos cardíacos em diferentes orientações foi desenvolvida. Os miócitos foram isolados de corações de ratos Wistar machos adultos e as células foram dispensadas em uma câmara de perfusão com fundo giratório para estimulação, de forma que pudessem ser reorientadas em relação ao E. Inicialmente, foram aplicados pulsos de tensão bipolares para a determinação do limiar de estimulação (ET) e, em seguida, foi aplicado um estímulo monopolar de tensão com amplitude inicial de 8xET. Após a recuperação da célula, este procedimento foi repetido com amplitudes crescentes até que a lesão letal fosse observada. Nossos dados mostram que há um aumento gradual do E associado à letalidade celular, à medida que o ângulo, que pode variar entre 0º e 90º, entre a orientação da célula e a direção do E aumenta, e que uma intensidade de aproximadamente 26xET é capaz de matar 50% das células, independentemente da sua orientação. Estes resultados podem contribuir para a concepção de novos protocolos de desfibrilação, fornecendo dados sobre um limite superior do E para a sobrevivência celular Abstract: Cardiovascular diseases represent a major cause of death in the world, since they can lead to the development of severe cardiac arrhythmias. Among them, ventricular fibrillation (VF) stands out, of which reversion can only be achieved by defibrillation. However, defibrillatory shocks are capable of causing injury to cardiomyocytes. The orientation of the cell major axis with respect to the electrical field (E) direction is a determining factor for cellular excitation and cellular injury, which is leading to the development of new defibrillation protocols. The aim of our study was to build lethality curves for different orientations of cell major axis with respect to E direction in order to characterize the relationship between cell orientation and lethality. For this purpose, instrumentation that allowed the stimulation of cardiac myocytes in different orientations was developed. Myocytes were isolated from hearts of adult male Wistar rats and cells were plated in a perfusion chamber with a rotary bottom for stimulation so that the cells could be reoriented with respect to the direction of stimulation if necessary. First, bipolar voltage pulses were applied to determine the stimulation threshold (ET), and then a monopolar stimulus with initial amplitude of 8xET was applied. After cell recovery, this procedure was repeated with increasing amplitudes until cell lethal injury was observed. Our data show that there is a gradual increase in the E associated with cell lethal injury as the angle between cell orientation and E direction is increased and that an intensity of approximately 26xET is capable of killing 50% of the cells, regardless of its orientation. These results could contribute for the design of new defibrillation protocols by providing data on an E upper limit for cell survival Mestrado Engenharia Biomédica Mestra em Engenharia Elétrica CAPES

Orientadores Vera Lúcia da Silveira Nantes Button, Percy Nohama Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A lesão medular afeta a condução dos sinais motores e sensoriais na medula. Com isso, a realização de movimentos voluntários por pessoas com lesão medular é prejudicada quando não impossível. A estimulação elétrica neuromuscular (EENM) é uma técnica que pode auxiliá-los a contornar essas dificuldades, pois possibilita ativar a musculatura de um membro paralisado. Embora a EENM em malha aberta seja capaz de produzir movimentos em um membro paralisado, ele não é capaz de compensar automaticamente desvios angulares devidos a distúrbios. Fenômenos supressores de desempenho muscular como a fadiga muscular e a adaptação neuronal podem comprometer a qualidade de um movimento funcional evocado artificialmente. Por isso, sistemas de controle são incorporados a estimuladores elétricos. A mecanomiografia (MMG) pode fornecer informações sobre a condição de um músculo em contração. Este trabalho investiga a viabilidade do emprego de sinais de MMG no controle da aplicação de EENM visando a sua incorporação em estratégias de controle de membros inferiores (MMII) em lesados medulares sem treinamento. Para isso, foi desenvolvido um sistema integrado de monitoração multiparamétrica e EENM com capacidade de incorporação do sinal de MMG na estratégia de controle. Um ensaio com voluntários hígidos e contrações isométricas de membros superiores (MMSS) apontou variações em parâmetros de MMG no início e final da contração. Outro ensaio analisou o sinal de MMG e de ângulo com controle de EENM em malha e cadeia abertas para indivíduos hígidos e lesados medulares. Sinais de MMG e EENM em contrações dinâmicas de MMII foram registrados. Com o sistema integrado, aplicou-se EENM com controle de ângulo de joelho em malha fechada obtendo- se estabilidade angular do joelho de um lesado medular. Finalmente, o sistema integrado aplicou controle para estabilizar o ângulo de joelho e monitorar sinais de MMG. Os resultados de ensaios experimentais mostraram que parâmetros espectrais, como a frequência média de potência, apresentaram variações entre o início e o fim da contração quando a amplitude de EENM apresentou taxas de incremento mais elevadas. Conclui-se que existe viabilidade no emprego de MMG em estratégias de controle de EENM para MMII de lesados medulares em estabilidade angular, observando-se a taxa de incremento/decremento da saída do estimulador Abstract: Spinal cord injury affects conduction of motor and sensory signals that flow through the spinal cord. Therefore, the performance of voluntary movements by spinal cord injured (SCI) persons is impaired, if not impossible. Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a technique that aids SCI individuals to overcome these difficulties, because it allows activation of paralyzed limb muscles. Though NMES in open loop and in open chain tasks is able to generate movements in paralyzed limbs, it is not capable to automatically compensate for angle deviations due to disturbances. Suppressive phenomena of muscle performance, such as muscle fatigue and motor neuron adaptation, can compromise the quality of an artificially elicited functional moment. Thus, closed-loop control systems are merged with electrical stimulators. Mechanomyography (MMG) can provide information about a contracting muscle condition. This work proposes to investigate the feasibility of using MMG signals in the control of NMES application aiming its incorporation in lower limb control strategies of untrained spinal cord injured persons. An integrated system was built, comprising a multiparametric acquisition system and a closed-loop controlled neuromuscular electrical stimulator. The integrated system is able to incorporate MMG signals in the control strategy. A test with healthy volunteers performing upper limb isometric contractions indicated variations in MMG parameters between the beginning and end of contraction. Another test investigated MMG signals and joint angles with NMES in open loop and in open chain to healthy and SCI individuals. NMES and MMG signals during lower limb dynamic contractions were registered. Using the integrated system, NMES was applied to the control of knee angle in closed loop configuration ensuring angular stability of both knees on a single SCI volunteer. Finally, the integrated system applied closed loop control to stabilize the knee angle, and monitored MMG signals. Experimental results revealed that spectral parameters such as mean power frequency presented variations between the beginning and end of contraction when NMES amplitude showed higher amplitude increase rates. In conclusion, there is feasibility of using MMG signals in control strategies of NMES for lower limbs of SCI persons in reasonable angle stability. However, one must observe the stimulator output increase/decrease rate Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A aplicação de campos elétricos de alta intensidade (CEAI) no coração é realizada frequentemente durante tentativas de reversão da fibrilação, e para gerar sincronismo cardíaco com o uso de marca-passos. Entretanto, este procedimento rotineiro pode causar danos ao miocárdio. O objetivo deste trabalho foi investigar se a estimulação ?-adrenérgica afeta a vulnerabilidade de miócitos ventriculares ao CEAI, uma vez que, durante a fibrilação ventricular, há aumento reflexo do tônus simpático, em virtude da consequente hipotensão arterial, e a administração de catecolaminas é um procedimento comum neste tipo de emergência. Miócitos foram isolados do ventrículo esquerdo de ratos Wistar adultos por digestão enzimática. As células foram perfundidas com solução de Tyrode a 23 °C e estimuladas a 0,5 Hz. Aplicou-se CEAI em intensidades crescentes até que fosse induzida uma lesão letal na célula. A probabilidade de morte celular foi determinada em função da amplitude do CEIA e da máxima variação estimada do potencial de membrana (?Vmax) por análise de sobrevivência (curva de letalidade). Destas curvas, obteve-se o parâmetro EL50 (valor de CEAI ou ?Vmax com probabilidade de letalidade de 0,5). A estimulação ?-adrenérgica, pela perfusão com 10 nM de isoproterenol (ISO), foi realizada na ausência e presença de 150 nM de metoprolol (MET, bloqueador de adrenoceptores ?1), 10 ?M de H-89 (inibidor de PKA) e 500 nM de BIS I (inibidor de PKC), bem como após protocolo para minimizar o aumento de mobilização celular de Ca2+. As curvas foram comparadas por teste de Mantel-Cox. O tratamento com ISO promoveu o deslocamento da curva para a direita (p < 0,01) e EL50 aumentou de 85 para 100 V/cm. MET e H-89 aboliram o efeito protetor do ISO, e, quando perfundidos na ausência de ISO, não tiveram quaisquer efeitos sobre a indução de letalidade por CEAI. A redução da mobilização de Ca2+ e o tratamento com BIS I não alteraram as curvas de letalidade, na presença ou ausência de ISO, mas provocaram significante aumento no tempo de recuperação das células após um choque não letal. As curvas em função de ?Vmax foram similares àquelas em função da intensidade do campo. Os resultados mostram que a estimulação ?-adrenérgica é capaz de proteger os miócitos dos efeitos deletérios do CEAI, permitindo que a célula suporte maiores ?Vmax. A proteção parece ser mediada por adrenoceptores ?1 e PKA, e possivelmente envolve ativação de mecanismos de reparo. Estas vias de proteção podem ser futuramente exploradas para atenuar os danos miocárdicos causados pela desfibrilação/cardioversão Abstract: The myocardium is exposed to high-intensity electric fields (HIEF) during cardiac electric defibrillation, which may reverse life-threatening arrhythmias, but also cause cell damage. Impairment of cardiac pumping during ventricular fibrillation is usually associated with high sympathetic tone, and catecholamine infusion is a common procedure for the emergencial treatment of this arrhyhmia. The present study was carried out to investigate whether adrenergic stimulation affects the vulnerability of ventricular myocytes to the lethal effect of HIEF. Left ventricular myocytes were isolated from adult Wistar rat hearts by collagenase digestion. Under perfusion with Tyrode's solution at 23 ºC, cyclic contractile activity was evoked by stimulation at 0.5 Hz. A HIEF pulse was then applied, after which cells were allowed to rest and recover from the shock. Afterward, the protocol was repeated increasing HIEF amplitude until cell death ensued. The probability of cell death as a function of the field intensity or the estimated maximum change in membrane potential, ?Vmax (lethality curve) was determined by survival analysis. The protocol was carried out during exposure to 10 nM isoproternol (ISO), in the absence and presence of the ?1-adrenoceptor blocker metoprolol (MET, 150 nM), the PKA inhibitor H-89 (10 ?M), the PKC inhibitor BIS I (500 nM), or after a protocol designed to attenuate the increase in cell Ca2+ mobilization by ISO. Lethality curves were compared with the Mantel-Cox test. Exposure to ISO produced a marked rightward shift of the lethality curves (p< 0.01), and the field intensity associated with the cell death probability of 0.5 (EL50) was increased from 85 to 100 V/cm. Treatment with MET or H-89 alone did not significantly affect the curves, but completely abolished ISO protective effect. Decreasing Ca2+ mobilization and BIS I treatment did not produce significant effects on the lethality curves, either in the absence or presence of ISO, but they increased the time spent to cell recovery after a non-lethal shock. Similar results were obtained for the lethality curve as a function of ?Vmax. Therefore, ?-adrenergic stimulation confers protection to ventricular myocytes from the lethal effects of HIEF, even though cells apparently experience higher variations of ?Vmax, which should lead to extensive electroporation. This effect, which seems to be mediated by ?1-adrenoceptors and dependent on PKA activation, possibly involving recruitment of membrane repair mechanisms. This protective effect may be further explored as a means to attenuate HIEF deleterious effects on cardiac function that frequently result from electric defibrillation/cardioversion Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Nas últimas décadas, o uso de estimuladores de nervos periféricos tem sido disseminado entre os médicos anestesiologistas. Esses equipamentos ajudam a posicionar a agulha com maior precisão em bloqueios periféricos, reduzindo o risco de lesões nos nervos, melhorando a qualidade dos bloqueios e minimizar a necessidade de doses complementares de anestésico. Contudo, os equipamentos atuais necessitam que o usuário ajuste manualmente a intensidade do estímulo. Deste modo, na maior parte das vezes, o médico necessita da ajuda de outro profissional. Este trabalho objetiva avaliar a aplicabilidade clínica de um estimulador automatizado de nervo periférico, dando total autonomia ao anestesiologista, possibilitando que, mesmo sozinho, possa realizar todos os procedimentos, com auxílio do estimulador, sem dificuldade. O aparelho desenvolvido ajusta automaticamente os níveis de corrente através de um sistema realimentado via acelerometria, permitindo que o anestesiologista se preocupe apenas com a introdução da agulha. Para facilitar o uso pelo médico, as informações em relação à identificação de resposta motora são fornecidas via display LCD e avisos sonoros. Os testes foram realizados em duas etapas: na primeira, o equipamento foi testado em malha aberta (controlado manualmente, como os estimuladores normalmente disponíveis no mercado), pois a finalidade era coletar a resposta muscular, atividade mioelétrica (eletromiografia) e mecânica (acelerometria), evocada pela estimulação nervosa; na segunda, após análise dos dados coletados na etapa anterior (foi escolhido o acelerômetro como melhor técnica para realimentação), o equipamento foi testado com controle automático, a fim de verificar sua eficácia e precisão, quando comparado com o método de controle manual Abstract: In the last decades, the use of peripheral nerve stimulators has been broadcast among anesthesiologists. This equipment help placing the needle with greater accuracy in the peripheral block, reducing the risk of nerve damage to the nerves, improving the quality of peripheral nerve blocks and minimizing the need for additional doses of anesthetics. However, cur-rent equipment requires the user to manually adjust the intensity of the stimulus. Thus, in most cases, the doctor needs help from other professional. This study aims to evaluate the clinical applicability of an automated peripheral nerve stimulator, giving full autonomy to the anesthesiologist, enabling him or her, even alone, to perform all procedures, with the help of the stimulator, without difficulty. The developed device automatically adjusts the levels of current through a feedback system via accelerometry, allowing the anesthesiologist to worry only about needle in-sertion. For ease of use by the medical staff, the information regarding the identification of motor response is provided via LCD display and warning sounds. Tests were conducted in two phases: first, the equipment was tested in open loop (controlled manually, just like as stimulators usually available on the market), because the purpose was to collect electric (EMG) and mechanical (accelerometry) muscular response evoked by nerve stimulation; in the second phase, after analysis of the data collected in the previous stage (accelerometer was chosen as the best technique for feedback), the equipment was tested with automatic control, to verify its efficiency and accuracy when compared to the manual control method Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Sensores de umidade relativa do ar estão sendo cada vez mais utilizados em sistemas de controle e aquisição de dados. Estes sensores são facilmente encontrados em estufas, automóveis, refrigeradores, equipamentos médicos, eletrodomésticos, instrumentos de precisão e outros. Mais recentemente, com o crescimento do mercado agrícola no Brasil, a demanda por sensores de umidade vem crescendo substancialmente. Este trabalho e dedicado ao estudo de um sistema sensor de umidade por detecção de ponto de orvalho utilizando uma ponte de impedância. A ponte de impedância foi microfabricada diretamente sobre um substrato de alumina que compõe uma pastilha Peltier. Um termistor também micro fabricado no mesmo substrato fornece o sinal necessário para a detecção do ponto de orvalho. A face fria da pastilha Peltier e resfriada ate alcançar a temperatura do ponto de orvalho do ar ao seu redor. Este resfriamento resulta na saturação do vapor de d'água presente no ar, fazendo com que gotículas de água condensem sobre o substrato de alumina. A condensação de água sobre os eletrodos da ponte de impedância causa um desbalanceamento que gera um sinal de controle para a pastilha Peltier. As temperaturas no limiar de condensação e ambiente são utilizadas no calculo da umidade relativa. Este sensor de umidade foi projetado para que alguns requisitos com relação a resistência contra contaminantes e baixa histerese fossem alcançados Abstract: Sensors for relative humidity are being increasingly used in control systems and data acquisition. These sensors are easily found in greenhouses, cars, weather equipment, medical equipment, appliances, etc.. More recently, with the growth of the agricultural market in Brazil, the demand for humidity sensors has been growing substantially. This work is dedicated to the study of a humidity sensor for dew point detection using an impedance bridge. The impedance bridge was microfabricated directly on an alumina substrate that comprises a Peltier device. A thermistor also microfabricated on the same substrate control the temperature of the Peltier device to the threshold where the dew point produces the saturation of water vapor in the air. The cold face of the Peltier device is cooled until it reaches the dew point temperature. This cooling results in saturation of water vapor in the air, around the side of the Peltier device causing water droplets to condense on the alumina substrate. Water condensation on the electrodes of the impedance bridge causes an imbalance that generates a control signal to the Peltier device. The temperatures measured at the threshold of condensation along with ambient temperature are used to calculate the relative humidity. This sensor was designed to fulfill some requirements related to resistence to contaminants and low hysteresis Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Antonio Augusto Fasolo Quevedo, Stella Maris Michaelsen Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Introdução A tecnologia de Realidade Virtual (RV) vem sendo usada cada vez mais para criar ambientes visando à reabilitação motora. No entanto, há poucas evidências de que os movimentos realizados em ambientes virtuais (AV) se assemelhem aos realizados em ambientes físicos (AF). Objetivos: Comparar a cinemática dos movimentos de alcance e preensão realizados em um AV imersivo tridimensional (3D) e em um AF, e investigar o efeito do uso da luva de RV no desempenho do movimento. Participantes: Dez indivíduos saudáveis (62,1 ± 8,8 anos) e 12 com hemiparesia pós-AVE (66,6 ± 10.1anos). Metodologia: O AV foi apresentado em 3D via um capacete de RV, o qual forneceu visão estereoscópica. A representação virtual da mão e o feedback de força de preensão foram fornecidos pelo uso das luvas Cyberglove e Cybergrasp, respectivamente. A cinemática do tronco e membro superior (MS) foi registrada pelo sistema Optotrak Certus® (cinco corpos rígidos e sete marcadores adicionais). Os participantes eram instruídos para alcançar, pegar e transportar 3 objetos (lata - preensão cilíndrica; chave de fenda - preensão de força e caneta - preensão de precisão, respectivamente com 65.6, 31.6 e 7.5 milímetros de diâmetro) no AF, e no AV pegaram objetos virtuais visualmente semelhantes. Os parâmetros espaciais (alinhamento e suavidade da trajetória, ângulos rotacionais planos e axiais) e temporais (tempo, velocidade e tempo de desaceleração) do movimento de alcance e preensão do MS foram analisados. Resultados: Padrões similares de orientação da mão foram usados para pegar os objetos físicos e virtuais, exceto para a supinação, que foi menor no AV, para ambos os grupos, durante a preensão da lata. Ambos os grupos fizeram movimentos mais lentos, com um prolongamento na fase de desaceleração, e as trajetórias foram mais curvas no AV comparado com AF, especialmente nos indivíduos com hemiparesia. Ambos os grupos dimensionaram a abertura da preensão de acordo com o tamanho do objeto nos dois ambientes para a preensão cilíndrica, porém a abertura foi maior durante a preensão da chave de fenda e a caneta no AV. Para ambos os grupos, o uso da luva não interferiu nos parâmetros espaciais do alcance, entretanto os movimentos foram mais lentos, com pico de velocidade menor e prolongamento da fase de desaceleração. Para os indivíduos com hemiparesia, o uso da luva não influenciou nos parâmetros temporais da fase de preensão. Conclusão: Apesar de algumas diferenças nos parâmetros temporais do alcance e preensão e ângulos articulares, as estratégias motoras empregadas foram similares entre os ambientes. Tendo em vista estas diferenças, o AV pode ser considerado um ambiente adequado para intervenções clínicas e estudos em controle motor. Uma melhor representação visual dos objetos, dada pela melhoria da percepção de profundidade e pela qualidade da visualização dos objetos no ambiente virtual, poderia promover um movimento de alcance mais direto, aumentar a velocidade e diminuir o tempo de desaceleração, tornando estes parâmetros idênticos aos realizados em um ambiente real e eliminando completamente as diferenças observadas. Abstract: Introduction Virtual Reality (VR) technology is increasingly being used to create environments for motor rehabilitation. However, there is little evidence that movements made in virtual environments (VE) are similar to those made in real world physical environments (PE). Objectives: To compare the kinematics of reaching and grasping movements, performed in a PE and a similarly designed immersive three-dimensional (3D) VE, and investigate the effect of using the VR glove in the performance of the movement. Participants: Ten healthy subjects (62.1±8.8 years) and twelve subjects with chronic post-stroke hemiparesis (66.6±10.1yrs). Methodology: The VE was displayed in 3D via a head-mounted display (helmet), with stereoscopic vision. The virtual representation of the subject's hand and prehension force feedback was obtained using Cyberglove¿ and Cybergrasp¿, respectively. Arm and trunk kinematics were recorded with the Optotrak Certus® System (five rigid bodies plus seven markers). Subjects were instructed to reach, grasp and transport three objects (can-cylindrical grasp; screwdriver-power grasp; and pen-precision grasp; with diameter 65.6, 31.6 and 7.5mm respectively) in a PE and visually similar virtual objects were grasped in the VE. Spatial (trajectory straightness and smoothness, axial and planar rotational angles) and temporal parameters (movement time, velocity and duration of deceleration phase) of arm and hand movements during reaching and grasping were analyzed. Results: Similar hand orientation patterns were used when grasping both physical and virtual objects, except for supination that was lower in VE while grasping the can for both groups. Both groups made slower movements, with an increase in the relative deceleration times and the trajectories were more curved in VE compared to PE, especially in the stroke subjects. Both groups scaled hand aperture to object size in both environments for cylindrical grasp, but it was wider when grasping the screwdriver and pen in VE. In both groups, use of glove did not affect spatial parameters of the reach task. However, movements were slower, with smaller peak velocities and longer deceleration phases. For stroke subjects, temporal parameters of grasp phase were not affected by glove use. Conclusion: Despite a few differences in temporal parameters of reach and grasp and joint ranges, similar motor strategies were employed in both environments. If these differences are taken into account, VE can be considered as a suitable environment for clinical interventions and motor control studies. A better visual representation of objects, provided by an improvement in depth perception and the quality of the viewing VE, may promote straighter reach movements, increased velocity and decreased deceleration time, making these parameters identical to those made in a physical environment, and eliminating the observed differences. Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Antônio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de um equipamento de biofeedback eletromiográfico para reabilitação do controle motor, otimizando os aparelhos já existentes no mercado e suprindo a carência do LRSM-CEB-DEB-UNICAMP. Estes equipamentos utilizam os sinais mioelétricos, convertendo-os em informações visuais que expressam o grau de contração/relaxamento dos músculos. Estas informações são utilizadas como um guia durante a terapia para reduzir ou aumentar a tensão muscular. A aquisição do sinal foi realizada através de eletrodos de superfície. O tratamento do sinal é composto pela fase de amplificação, filtragem passa-faixa de 20 a 500 Hz com o intuito de adequar o sinal ao conversor A/D. Este é controlado por um microcontrolador que coleta os dados do conversor e faz a interface com o microcomputador através da porta serial. O software para biofeedback, desenvolvido em Delphi 6.0, apresenta os sinais em tempo real, no formato gráfico, envoltória ou barra de rolagem, também o EMG bruto e extrai os parâmetros relevantes para análise posterior. Os resultados obtidos foram analisados e comparados com sistemas de aquisição comerciais, podendo concluir que o aparelho pode ser utilizado no desenvolvimento de pesquisas e no treinamento de pacientes Abstract: This work describes the development of a biofeedback electromiography device for motor control rehabilitation, updating the devices already available and to fulfill the need of LRSM-CEB-DEBUNICAMP. These devices use the mioelectric signals, converting them in visual information that express the degree of muscles contraction/relaxation. These information are used as a guide throughout the therapy to reduce or increase the muscular tension. The signal was acquired through surface electrodes. The signal treatment is composed of the amplifying phase, filtering bandpass from 20 to 500 Hz with the objective to adequate the signal to the A/D converter. This converter is controlled by a microcontroller that collects the data and its makes interface with a computer through the serial port. The biofeedback software developed using Delphi 6.0 to display the signals in real time, on graphic format, curve and level bar, also the EMG and extracts the relevant parameters for a posterior analysis. The results obtained were analysed and compared with the standard, concluding that the device can be used in research development and pacient treatment Mestrado Engenharia Biomédica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores : Renato Marcos Endrizzi Sabbatini, Antonio Augusto Fasolo Quevedo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado