Novas perspectivas de fisioterapia respiratória em lesão medular - uma revisão sistemática / New perspectives for chest physical therapy in spinal cord injury - a systematic review

Resumo Objetivo: Descrever e analisar parâmetros e efeitos da estimulação elétrica de superfície na função muscular respiratória de pessoas com lesão medular, sobretudo durante a tosse. Métodos: Foi realizada uma revisão sistemática da literatura, com base no Preferred Reporting items for Systematic Reviews and Meta-Analyses. A busca foi realizada nas bases de dados PubMed, PEDro e LILACS, por meio dos seguintes descritores: "estimulação elétrica funcional", "eletroestimulação, estimulação elétrica", "tosse", "higiene brônquica", "quadriplegia", "lesão medular espinhal", "tetraplegia" e "sujeito com tetraplegia" - em espanhol, inglês e português, sem restrição quanto ao ano de publicação. Foram incluídos artigos com amostra de indivíduos com lesão medular assistidos por estimulação elétrica com desfecho relacionado ao sistema respiratório, e foram excluídos artigos com ensaios invasivos de estímulo a tosse. Resultados: Os 12 artigos incluídos revelam heterogeneidade nos protocolos de eletroestimulação da função expiratória, que podem incluir frequências de 30 a 50 Hz, com pulsos de 25 a 400 μs, aplicada por até oito eletrodos distribuídos pelos músculos expiratórios e acessórios. O tempo de aplicação também foi variável e a amplitude de corrente frequentemente estimada pela percepção do paciente, podendo chegar a valores superiores a 100mA. Conclusão: Apesar de não ser possível estabelecer parâmetros rigorosos de fisioterapia por meio da estimulação elétrica, pela escassez e qualidade de estudos que comparem sistematicamente parâmetros de estimulação em subgrupos, foram observadas alterações positivas nas variáveis de função muscular respiratória avaliadas, como o pico de fluxo expiratório e de tosse, em pessoas com lesão medular cervical e torácica.

Abstract Objective: To describe and analyze parameters and effects of surface electrical stimulation on the respiratory muscular function among individuals with spinal cord injuries, especially while coughing. Methods: A systematic literature review was developed based on the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses. The search was conducted in the PubMed, PEDro, and LILACS databases, using the following descriptors: "functional electrical stimulation," "electrostimulation, electrical stimulation," "coughing," "bronchial hygiene," "quadriplegia," "spinal cord injury", "tetraplegia", and "individual with tetraplegia" - in Spanish, English and Portuguese, with no restrictions on year of publication. Inclusion criteria were: articles describing studies with samples of individuals with spinal cord injuries treated with electrical stimulation and outcomes related to the respiratory system. Articles containing studies with invasive cough stimulation trials were excluded. Results: The 12 selected articles revealed the heterogeneity of electrostimulation protocols for expiratory function, which can include frequencies ranging from 30 to 50 Hz; pulse from 25 to 400 μs; applied in up to eight electrodes distributed across the expiratory and accessory muscles. Time of administration also varied, and the current amplitude was usually estimated by the patient's perception, reaching values higher than 100mA. Conclusion: Even though the review did not find rigorous parameters for physical therapy using electrical stimulation, because of the shortage and low-quality of the studies that systematically compare stimulation parameters among subgroups, positive changes were observed in the assessed respiratory muscle function variables, such as peak expiratory and cough flow in individuals with cervical and thoracic spinal cord injury.

A system for treatment of diabetic foot ulcers using led irradiation and natural latex

Abstract Introduction: We developed and tested a new system for inducing the healing of diabetic foot ulcers. The system relies on the regenerative properties of its two components: an insole with a sheet of natural latex and a device that contains a matrix of light emitting diodes with wavelength of 635 nm. Methods The electronic and latex based devices were developed, and a four weeks test was performed in one control group (CG) of five ulcers and one experimental group (EG) of eight ulcers. The CG was treated with a standard approach, based on a silver-releasing foam dressing, and the EG was treated with the system under test. For each ulcer, an index for quantifying the percentage ulcer recovery, named CRU(%), has been calculated; a CRU(%) = 0% means no healing, and a CRU(%) = 100% means total healing. Results There were statistically significant increases of CRU(%) of 51.8% (p = 0.022), for the CG, and of 78.4% (p < 0.001), for the EG. The increase in the EG was higher than the increase in the CG, and the difference was statistically significant (p < 0.001). The results showed that the proposed method had, for these particular sets of ulcers, faster healing rates, than for the standard method. Conclusion The results hint that the proposed method seems promising as a future treatment method. However, the technique must undergo further testing before it can be considered for extensive clinical applications.

Control system for continuous positive airway pressure

INTRODUCTION: Continuous Positive Airway Pressure (CPAP) is a mode of non-invasive mechanical ventilation commonly used in neonatology. The incorporation of new therapeutic and technological advances may impact the survival of very low birth weight preterm infants. However, one of the difficulties faced is the high cost of this device and its numerous add-on functions, such as Apnea Hypopnea Index (AHI), flow limitation, among others. Thus, in this study, we aim to address the design and construction of a CPAP device prototype to be used in a Neonatal Intensive Care Unit (NICU). METHODS: In order to design the experimental CPAP device with sensory instrumentation for providing data to a micro-controlled system, electro-pneumatic circuits and signal conditioning boards of sensors have been fitted to achieve optimized CPAP function with low energy consumption. While running this setup, a metrological study was carried out to evaluate the sensors' performance. The methodology employed for the study was the IDOV (Identify, Design, Optimize, and Validate) method, a variant of six sigma, to minimize the failure rates. It is expected that it works under valve activation to maintain positive pressure in the airways of the patient (neonate). RESULTS: The whole system performs satisfactorily (low noise level) for each assessed module. Additionally, it is emphasized that software development for application control has resulted in a significant improvement of hardware functions. CONCLUSION: In this work, a system that performs the CPAP function was obtained; the research has shown that, by adopting a specific purpose, it may create a better understanding of Assistive Technology.

Sistema de apoio ao diagnóstico da Doença de Chagas baseado em escalogramas e redes neurais auto-organizáveis / Computer-aided system for diagnosis of Chagas' disease based on scalograms and self-organizing neural networks

INTRODUÇÃO: A Doença de Chagas é uma endemia rural, prevalente em grande parte da América Central e América do Sul e, aproximadamente, metade dos pacientes contaminados com o parasita Trypanosoma cruzi não apresentam sinais clínicos, eletrocardiográficos e radiológicos de envolvimento cardíaco. Este trabalho, entretanto, propõe uma técnica de auxílio ao diagnóstico da Doença de Chagas baseada em sinais de eletrocardiografia, que extrai informações relevantes desses sinais. MÉTODOS: Duas abordagens são estudadas e implementadas. Ambas utilizam sinais de variabilidade da frequência cardíaca (VFC) e classificação por meio de rede neural, mais especificamente, o mapa auto-organizável de Kohonen. A VFC, que reflete a modulação neural autonômica simpática e parassimpática do coração, é avaliada com base em séries contínuas de intervalos RR do ECG convencional registradas durante 5 minutos. Na primeira abordagem, indicadores estatístico-temporais obtidos diretamente dos sinais de VFC são utilizados como entrada da rede neural para treinamento e teste do método de classificação. Na segunda proposta, são utilizados escalogramas wavelet com função de base DoG (derivative of Gaussian) para avaliação dos sinais de VFC. Indicadores obtidos dos escalogramas são utilizados como entrada da rede neural no treinamento e no teste do algoritmo. Os mapas topológicos de Kohonen são utilizados para comparar a capacidade dos indicadores calculados dos sinais de VFC em discriminar pacientes chagásicos cardiopatas, chagásicos indeterminados e indivíduos normais. Os indicadores temporais convencionais e os indicadores escalográficos são comparados. RESULTADOS: Os resultados mostram que os indicadores escalográficos têm poder discriminatório estatisticamente superior aos indicadores temporais convencionais. Em particular, a potência média da densidade de potência do escalograma na banda de altas frequências mostrou ser estatisticamente o indicador de maior poder discriminatório (p < 0,05 para os 3 casos). CONCLUSÃO: A metodologia proposta mostrou-se capaz de distinguir entre indivíduos normais, chagásicos cardiopatas e chagásicos indeterminados. Os índices escalográficos propostos mostraram maior capacidade classificatória que os índices temporais tradicionais.

INTRODUCTION: Chagas' disease is an endemic rural disease prevalent in much of Central America and South America, and approximately half of the patients infected with the parasite Trypanosoma cruzi show no clinical, electrocardiographic and radiological cardiac involvement. This paper, however, proposes a technique for the diagnosis of Chagas' disease based on ECG signals, which extracts relevant information from these signals. METHODS: Two approaches are studied and implemented. Both approaches use heart rate variability (HRV) signals, and classification by a neural network, more specifically, the Kohonen self-organizing map. The HRV, which reflects sympathetic and parasympathetic autonomic neural modulation of the heart, is evaluated based on continuous series of RR intervals, calculated from 5-minute records of conventional ECG. In the first approach, statistical/temporal indexes obtained directly from the HRV signals are used as neural network inputs for training and testing of the classification method. In the second approach, derivative of Gaussian (DoG) wavelet scalograms are used to evaluate the HRV signals. Scalographic indexes are used as neural network inputs for training and testing of the algorithm. Kohonen topological maps are used to compare the ability of these HRV indicators of discriminating between patients with Chagas heart disease, Chagas indeterminate heart disease, and normal subjects. Conventional temporal indicators and indicators obtained from DoG scalograms are compared. RESULTS: Results of the application of the proposed methods to HRV signal databases, and performance comparisons, are presented. The results show that scalographic indicators have superior discriminatory power than conventional time-domain indicators. Based on an analysis of statistical significance, we show that the average power of the high-frequency band of the scalogram power spectral density is the indicator with greatest discriminatory power (p < 0,05 for all 3 cases). CONCLUSION: The proposed method has the ability to discriminate between normal subjects, subjects with Chagas cardiomyopathy, and subjects with the indeterminate form of Chagas' disease. It was observed that scalographic neural networks present greater discrimination ability than temporal neural networks.

Exercício físico resistido: um fator modificável na sarcopenia em idosos / Resistive exercise: a modifiable factor in sarcopenia in elderly

Até 2050 haverá dois bilhões de idosos no mundo todo, sendo que 80% dos idosos estarão locados nos países em desenvolvimento. Nessa população, verificam-se mudanças qualitativas e quantitativas em aspectos corporais (físicos) e cognitivos. A redução de massa muscular em idosos, conhecida como sarcopenia, é um exemplo de uma mudança quantitativa, pois ocorre a perda de 1% da massa muscular ao ano após a quarta década de vida, podendo ser acentuada com o avanço da idade (maior incidência em adultos com idade superior a 65 anos). Diversos fatores podem interferir na sarcopenia, sendo um deles o exercício físico resistido, logo o objetivo deste trabalho foi realizar uma revisão da literatura vigente a respeito desse fator modificável da sarcopenia na população idosa. Os métodos utilizados foram buscas sistemáticas nas plataformas do Scielo e Medline, cujos anos de publicações revisadas compreendeu-se de 2000 a 2011. Os resultados mostraram que pode haver reversão da sarcopenia quando os idosos são submetidos aos exercícios resistidos através do aumento da massa muscular, assim como o inverso também é verdadeiro, ou seja, ocorre o declínio da mesma e a elevação da infiltração do tecido adiposo na fibra muscular (myosteatosis) quando o treinamento resistido é suspenso. Porém, quando submetidos ao retreinamento ocorre novamente a progressão no ganho de massa muscular. Conclui-se que o presente artigo de revisão demonstrou que a sarcopenia pode ser a principal causadora de quedas em idosos, pois a perda de massa muscular ocasiona a redução da força muscular, proporcionando um desequilíbrio da musculatura do idoso e facilitando, assim as quedas.

By 2050 there will be two billion older people worldwide, with 80% of the elderly will be leased in developing countries. In this population, there are qualitative and quantitative changes aspects (physical) and cognitive. The reduction in muscle mass in older, known as sarcopenia, is an example of a change quantitative, as there is a loss of one percent muscle mass per year after the fourth decade of life and may be marked with increasing age (incidence in adults aged over 65 years). Several factors may interfere with sarcopenia, one being the resistive exercise, so the aim of this study was to review the current literature regarding this modifiable factor of sarcopenia in the elderly. The methods used were systematic searches in Medline and Scielo platforms, whose year-reviewed publications it was realized from 2000 to 2011. The results showed that there may be sarcopenia when reversal of the elderly are subjected to resistance exercises by increasing muscle mass. The reverse is also true, if resistance training is discontinued and this decline is increased infiltration of adipose tissue in the muscle fiber (myosteatosis). However, when subjected to retraining progression occurs in muscle mass. It follows that sarcopenia can contribute to the increased number of falls among the elderly, as loss of muscle mass results in the reduction of force by providing an imbalance in the elderly, however, the resistive exercise assists in the reversal of sarcopenia.

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.

Uma rede de sensores para monitoração do corpo humano com suporte à programação / A body sensor netword with programming support

Este trabalho apresenta uma rede de sensores utilizada para monitoração de variáveis fisiológicas do corpo humano com suporte à programação. A tarefa de configuração dese tipo de sistema é usualmente realizada por desenvolvedores especializados, profissionais da computação com grande conhecimento de linguagens de programação. Entretanto, para que essa tecnologia se torne clinicamente viável, é necessário que os próprios profissionais da área de saúde possam fazê-lo. A programação e a reconfiguração à distância de uma rede de sensores sem fios é o principal objetivo deste trabalho. Como contribuição maior é apresentada uma arquitetura de software denominada SOAB (Software Architecture for Bodyworn Sensor Networks Project). Concebida com base em uma abordagem top-down, a arquitetura SOAB é constituída por quatro camadas independentes: i)uma interface gráfica direcionada aos profissionais de saúde; ii)middleware para interconexão da rede de sensores para monitoração do corpo humano com a Internet;iii)um servidor para execução dos serviços solicitados pelos programadores; e iv)um sistema operacional com suporte para multitarefa que será embutido nos sós-sensores. Esse sistema operacional foi denominado MedOS e visa aumentar a sobrevida dos nós-sensores (tempo de operação), promovendo a redução do consumo de energia elétrica por meio do escalonamento de tarefas com base em políticas adaptadas para aplicações biomédicas. A sistematização dessas políticas foi obtida por meio da utilização de um modelo baseado em autômatos. Para avaliar a arquitetura SOAB foi elaborado e aplicado um teste de carga, cujo objetivo foi quantificar o tempo gasto para programação de um nó-sensor do eletrocardiograma (ECG). Os resultados dos testes mostraram que o sistema proposto tem um bom potencial para se tornar uma ferramenta eficiente para a programação de redes de sensores para monitoração do corpo humano por profissionais não-especializados na área de informática.

Algoritmo híbrido para segmentação do ventrículo esquerdo em imagens de ecocardiografia bidimensional / Hybrid algorithm for segmentation of the left ventricle in two-dimensional echocardiography

Este trabalho apresenta uma técnica para segmentação automática da cavidade ventricular esquerda em ecocardiogramas bidimensionais. O algoritmo realiza a identificação e a extração das bordas do ventrículo esquerdo, que permite a obtenção de parâmetros clínicos utilizados no diagnóstico de diversas patologias cardíacas. O processo de extração de bordas é constituído de três etapas: o pré-processamento, a segmentação e a detecção do contorno. Na etapa de pré-processamento é realizada, primeiramente, a aplicação de um algoritmo de minimização do ruído mediante técnica que utiliza transformada de wavelets, seguida da aplicação de uma técnica de elevação do contraste, que prepara a imagem para a próxima etapa. Na etapa de segmentação é utilizada a técnica de watersheds. Na última etapa, procedimentos de morfologia matemática são utilizados para detecção e extração do contorno. A avaliação do desempenho da técnica apresentada foi realizada por meio da comparação dos resultados obtidos pela segmentação automática do ventrículo esquerdo com os resultados obtidos com segmentação manual, feita por um especialista. Os resultados obtidos foram também comparados com os resultdos de outras técnicas descritas na literatura. Para os testes do algoritmo foram descritas na literatura. Para os testes de algoritmo foram utilizadas 60 imagens de ecocardiogramas bidimensionais de pacientes atendidos no serviço de ecocardiolografia do Hospital Universitário de Brasília. Os resultados experimentais mostraram um bom desempenho do método, mesmo em imagens de baixa qualidade, sendo esses resultados superiores aos de outros métodos apresentados na literatura.