Use of Models of Finite Elements in the Biomechanics of the Lumbar Spine

The same correspondence between general mechanics and civil engineering is true for biomechanics and surgical implants. Currently, numerous mechanical processes are required until a prosthesis is offered to its target audience. These processes typically require human or animal vertebrae, as well as all the complexity involving such tissues, for example, an ethics committee, the availabilityofmaterials, etc. Thus,finite elementmodels (FEMs) havebecome a great option to carry out biomechanical tests independently from anatomical specimens, and, at the same time, to obtain mathematical data to assist in the general physical understanding. The present review discusses the mechanical principles involved in bioengineering, clarifies the steps for the development of FEMs, and shows application scenarios for thesemodels. To the knowledge of the authors, the present paper is the first review study in Portuguese aimed to health care professionals in a language accessible to them.

Uso da inteligência articial como armamento no diagnóstico e condução clínica da estenose de canal lombar / Use of Articial Intelligence in Diagnosis and Clinical Conduct of Lumbar Spinal Stenosis

A estenose do canal vertebral lombar (ECL) é uma patologia complexa, com alta incidência entre pessoas acima de 65 anos de idade. No entanto, o diagnóstico correto é, por vezes, difícil de ser confirmado. O uso de modelos de Inteligência Articial (IA) na medicina é, em geral, desconhecida para a maioria da comunidade médica, mas tem sido usada há décadas na assistência em UTI, os métodos de imagem e dispositivos de diagnóstico eletrônico (ECG). Através de uma revisão sistemática da literatura, com foco nos achados clínicos e radiológicos, juntamente com todas as modalidades de tratamento, foi possível identicar o ambiente completo de pacientes LSS, para responder a quatro questões: (a) "Com base no quadro clínico, o paciente tem um, cenário moderado ou grave?"; (b) "Com base nos dados radiológicos, o paciente pode ser classicado com um cenário leve,moderada ou grave?"; (c) "Qual é a probabilidade, com base na anamnese, do paciente ter ECL?"; (d) "Qual é o melhor tratamento a ser oferecido?".þ. Como auxílio de um software usando Sistema Especialista (Expert Sinta), uma linguagem de IA, alocamos todas as variáveis e seus valores para orientar o software responder às quatro perguntas. Foi possível identicar 657 artigos cientícos, no entanto apenas 63 poderia mencionar não apenas as variáveis, mas a sua probabilidade de ocorrência ou teve disponibilidade texto completo. Foi possível classicar a intensidade do quadro clínico e radiológico, criar um índice de probabilidade para LSS e oferecer o melhor tratamento. Recomendamos o uso, sob supervisão médica, em de Neurocirurgia ou clínicas ortopédicas como um conselheiro para os pacientes com ELA.

The lumbar spinal stenosis (LSS) is a complex pathology with high incidence among people above 65 years old. However, the correct diagnose is sometimes difcult to perform. The use of Articial Intelligence (AI) models in medicine is, in general, unfamiliar for the majority of medical community, but has been used for decades in assistance in ICUs, image methods and electronic diagnostic devices (EKG). Through a systematic literature review focused in the clinical and radiological ndings, in addition to all treatmentmodalities, we identied the complete environment of LSS patients, to answer four questions. (a) "Based on the clinical presentation, the patient has a mild, moderate or severe scenario?", (b) "Based on the radiological data, the patient can be classied having a mild, moderate or severe scenario?", (c) "What is the probability, based on the anamneses, the patient has LSS?", and (d) "What is the best treatment to be offered?".With the aid of a software using Expert System (Expert Sinta), a language of AI, we allocate all the variables and their values to orient the software to answer the four questions. It was possible to identify 657 scientic articles, however only 63 could mention not only the variables, but their occurrence probability or had full text availability. It was possible to classify the intensity the clinical and radiological scenario, create a probability index for LSS and offer the best treatment. We recommend the use, under medical supervision, in neurosurgery or orthopedic clinics as an adviser for patients with LSS.

Avaliação do ProDC como recurso na reabilitação cognitiva: estudo piloto / Evaluation of the ProDC as a resource in cognitive rehabilitation: pilot study

O uso do sistema Promoção do Desempenho Cognitivo (ProDC) no desempenho cognitivo de idosos com Déficit Cognitivo Leve (DCL) ou em um estado de demência leve por meio de um estudo piloto quase-experimental. Participaram idosos com 60 anos ou mais, de ambos os sexos, classificados com DCL ou demência leve, por meio do Clinical Demential Rating (CDR). Os idosos participaram de atividades para treinamento cognitivo utilizando o ProDC, realizado em três encontros semanais de uma hora de duração, totalizando 10 encontros. Para mensurar o efeito da intervenção foram utilizados os instrumentos: Mini Exame do Estado Mental (MEEM), Teste do Relógio, Teste de reconhecimento de 10 Figuras e Teste Fluência Semântica (FAS). Foram realizadas análises descritivas e teste t-student para amostras pareadas. Participaram do estudo oito idosos, com idade média de 70,75 ± 8,45 anos (62-81anos) e escolaridade média de 10,12 ± 4,09 anos de estudo. A análise estatística revelou manutenção do desempenho cognitivo após a intervenção no Teste do Relógio (7,62 ± 2,20 vs 7,25 ±2,49; p=0,476), no Teste de Reconhecimento de 10 figuras (9,62 ±0,52 vs 9,75 ±0,71; p=0,732), no FAS (17,75±5,50 vs 17,62 ±4,72; p=0,938) e no MEEM (26,50 ±5,24 vs 26,67 ±2,58; p=0,921). Não ocorreram melhoras estatisticamente significativas no desempenho dos idosos. Todavia, os resultados indicaram importantes aspectos a serem discutidos na escolha de jogos para implementação no cenário clínico e no desenvolvimento de futuros estudos.

The objective of this study was to investigate the influence of system Promoting Cognitive Performance (ProDC) on cognitive performance of elderly people with mild cognitive impairment or with mild dementia. A quasi-experimental design was used in a pilot study of participants aged 60 years or more, of both sexes, classified with mild cognitive impairment or mild dementia, through the Clinical Dementia Rating (CDR). The elderly participated in activities to cognitive training using ProDC. The activities occurred three times a week, totaling 10 meetings. To measure the effect of intervention tools were used: Mini Mental State Examination, Clock Drawing Test, Test of recognition 10 Figures and Semantic Fluency Test. Descriptive statistics and Student’s t test for paired samples. The study included eight participants, mean age 70.75 ± 8.45 years (62-81 years) and average education of 10.12 ± 4.09 years of study. The statistical analysis showed maintenance of cognitive performance after the intervention in Clock Drawing Test (7.62 ± 2.20 vs 7.25 ± 2.49, p = 0.476), in Test of recognition 10 Figures (9.62 ± 0,52 vs 9.75 ± 0,71, p = 0.732) in the FAS (17.75 ± 5.50 vs 17.62 ± 4.72, p = 0.938) and Mini Mental State Examination (26.50 ± 5.24 vs 26.67 ± 2.58, p = 0.921). There were no statistically significant improvements in performance of the elderly. However, results indicated important aspects to be discussed when choosing games for implementation in the clinical setting and development of future studies.

Mensuração de área de úlceras por pressão por meio dos softwares Motic e do AutoCAD® / Evaluation of pressure ulcers area using the softwares Motic and AutoCAD® / Mensuradón de área de úlceras por presión por medio de los programas informáticos Motic y AutoCAD®

A úlcera por pressão é uma lesão parcial ou total das camadas da pele em determinadas regiões do corpo e seu processo de cicatrização pode ser acompanhado por meio de processamento de imagens. A análise da área da úlcera por pressão é relevante para avaliação da sua evolução e de sua resposta a procedimentos terapêuticos. Os softwares Motic e AutoCAD® permitem avaliar a área de regiões de uma imagem através da marcação do seu contorno. Valendo-se dessa técnica, 35 voluntários determinaram as áreas de duas úlceras por pressão grau III pelos dois tipos de software. Concluiu-se que eles apresentam resultados clinicamente concordantes e podem assim ser utilizados para acompanhamento da evolução da cicatrização de úlceras por pressão.

Pressure ulcer is a lesion that affects skin layers in some regions of the body and its healing can be followed up using image processing. The analysis of pressure ulcer area is relevant to evaluate its evolution and response to therapeutic procedures. Such areas can be evaluated through contour marking with the softwares Motic and AutoCAD®. In this study 35 volunteers computed areas from two grade III pressure ulcers using these instruments. It was possible to conclude that results are clinically equivalent and so can be considered to follow up healing evolution from pressure ulcers.

Úlcera por presión es una lesión parcial o total de las capas de la piel en determinadas regiones del cuerpo y su cicatrización puede ser acompañada por el procesamiento de imágenes. El análisis de área de la úlcera por presión es pertinente para evaluar su evolución y respuesta a procedimientos terapéuticos. Los programas informáticos Motic y AutoCAD® permiten evaluar la área de una imagen por medio de la delimitación de su circunferencia. Con esta técnica, 35 voluntarios determinaron las áreas de dos ulceras por presión de grado III en los dos programas informáticos. Se concluye que ellos presentan resultados clínicamente concordantes y pueden ser utilizados para el acompañamiento de la evolución de la cicatrización de las úlceras por presión.

Prótese para controle de fluxo esofagiano como nova técnica para o tratamento da obesidade / Prosthesis for flow control in the esophagus as a new technique for the treatment of obesity

O presente artigo apresenta uma invenção desenvolvida para auxílio à redução e ao controle da obesidade, embasado no controle do fluxo de alimentos no esôfago. Neste novo método proposto, um dispositivo colocado no esôfago diminui seu raio efetivo, reduzindo, por consequência, a velocidade e o fluxo com que o alimento pode ser consumido. A base do método é um dispositivo denominado módulo de látex, com formato aproximadamente cilíndrico, que é aplicado no esôfago. Este módulo contém um lúmen central, com diâmetro consideravelmente menor que o diâmetro do esôfago, que limita a passagem de alimento pelo órgão. Na concepção do método e do módulo, buscou-se realizar o controle de fluxo alimentar através do esôfago, sem causar agressões ao tecido, e sem comprometer a digestão e absorção dos alimentos. Desenvolvido a partir do látex natural, extraído da seringueira Hevea brasiliensis, tal módulo foi avaliado quanto a características construtivas e mecânicas, aplicabilidade, facilidade de remoção, eficácia na redução de fluxo, peso e danos ao esôfago. O módulo foi posicionado no esôfago por meio de vídeo-endoscopia em um cão piloto e manteve-se no local por sete dias, nos quais foi acompanhado por meio de radiografias sucessivas até a sua retirada, momento em que foi avaliada a integridade da mucosa esofágica. Os resultados apresentados demonstram que o método proposto é uma nova possibilidade de controle e redução da obesidade em pessoas e animais.

This work introduces a device to aid in the treatment of obesity by controlling the flow of substances in the esophagus. In the method proposed, a device placed in the esophagus reduces its effective radius, thus reducing the flow and speed in which the food can be consumed. The basis of the method is a nearly cylindrical latex module, which is applied in the esophagus. The module’s central lumen diameter is considerably smaller than the diameter of the esophagus. This limits the rate of food passage through the esophagus. The device was designed in such a way that it could control the food flow through the esophagus without causing aggression to its internal tissue and without compromising the digestion and absorption of food. The device was built using natural latex from the rubber tree Hevea brasiliensis, and was evaluated according to its construction, mechanical properties, applicability, effectiveness in reducing food flow, weight, and damage to the esophagus. The module was placed in the esophagus by means of video-endoscopy and remained in place for seven days, where in it was accompanied by successive radiographies until its with drawal by video-endoscopy, when we were able to examine the integrity of the esophagus wall. The results presented in this paper show that the proposed method is a new possibility for the treatment of obesity in humans and animals.

Informática em Saúde / Computer science in Health

Devido aos avanços da tecnologia, a informática da saúde que abrange desde o prontuário eletrônico do paciente; processamento de sinais biológicos e imagens, além de sistemas de informação em saúde, inteligência artificial em saúde até programas para treinamento médico, evoluiu bastante. Este livro se compõe de 19 artigos que reúnem os principais tópicos das pesquisas que aliam as ferramentas computacionais para resolver problemas da área biológica, particularmente no setor de saúde.

Técnica de extração de regras para sistemas especialistas conexionistas / Technique for rules extraction for connexionist expert systems

Explanação ao usuário é um função importante em Sistemas Especialistas (SE) principalmente quando aplicados à área médica. Experiências com SE, sejam estes Baseados em Regras (RBES) ou em Redes Neurais Artificiais (NNES), têm mostrado que a capacidade para gerar explicações é absolutamente crucial para sua aceitação por parte de usuários médicos. Tradicionalmente, Redes Neurais Artificiais (RNA) e, conseqüentemente, os NNES têm dificuldades para a geração de estruturas de explicações. Assim, técnicas devem ser desenvolvidas de forma a se obter explicações de como os NNES chegaram a uma conclusão. Este trabalho tem como meta principal apresentar uma técnica de extração de regras para uma rede que é a base de um NNES. O algoritmo desenvolvido, denominado FUZZYRULEXT, extrai regras Se-Então de redes fuzzy com múltiplas camadas apresentando, como características particulares: a) uma topologia com neurôniocs E/Ou; b) os dados de entrada são permitidos ser booleanos, numéricos e lingüísticos; c) eliminação de regras redundantes geradas. Simulações foram realizadas para um problema real da área médica que consiste na classificação de crises epilépticas. Os resultados atingidos são satisfatórios e encorajadores no sentido da generalização de tal algoritmo para RNA clássicas