Evaluation tests for eye tracking systems.

In this paper, we describe the tests developed by our research team to evaluate the performance of eye tracking algorithms to quantify vertical and horizontal eye movements. To perform the tests, we created a special library to generate synthetic eye images, where we can control most characteristics of the eyes. It is possible to simulate the different situations observed during the acquisition of eye images of a real subject.

Desenvolvimento e aplicações de um novo instrumento para estimulação do barorreflexo / Development and application of a new device for barorreflex stimulation

Objetivos: Desenvolver e discutir as possíveis aplicações de um método para estimulação barorreceptora, através de um novo aparelho que permite a realização da manobra de Valsalva de forma automatizada e não-assistida. Métodos: Um manômetro digital foi projetado e desenvolvido pelo Centro de Microgravidade/ FENG-PUCPR para monitorar a pressão intratorácica exercida durante a expiração forçada ou Manobra de Valsalva. Resultados: O equipamento, denominado de Equipamento para Manobra de Valsalva, é constituído de cinco partes principais, sendo elas: um transdutor de pressão (sensor de pressão e amplificador de sinais), um mostrador de caracteres, um mostrador em barra de Diodo Emissor de Luz e um micro-controlador. Testes preliminares indicaram que este novo equipamento permite que um indivíduo realize a manobra de Valsalva de forma correta e sem qualquer assistência durante o procedimento. Conclusões: O aparelho desenvolvido é de fácil manuseio e visualização, leve, portátil e de baixo custo.

A device for sampling arterialized earlobe blood in austere environments.

INTRODUCTION: There is currently no effective method of measuring arterial blood gas tensions in austere environments such as in space or at high altitude. An alternative to direct arterial measurement is the sampling of arterialized earlobe blood, an accurate technique that has been in use in clinical medicine and physiology for more than 50 yr. We, therefore, developed an earlobe arterialized blood (EAB) collector for practical use in extreme environments. METHODS: The results from the EAB collector were compared with simultaneous samples of blood drawn from the radial artery. Six healthy subjects breathed a gas mixture of 12.8% O2 in N2 during 15 min of 8 degree head-down tilt. The blood samples were analyzed immediately. RESULTS: The mean differences in Po2 between arterialized earlobe and radial artery samples were 0.25 +/- 1.25 mmHg for Po2 and 1.0 +/- 0.75 mmHg for Pco2; neither difference was significant. There was no difference between the pH values obtained by the two techniques. CONCLUSION: This study suggests that arterialized blood sampled from the earlobe using the EAB collector may provide sufficiently accurate measurements of the Po2, Pco2 and pH of arterial blood for clinical or research use in extreme environments.

Development and calibration of a pedal with force and moment sensors.

An instrumented bicycle pedal was built and calibrated. The pedal has good linearity and sensibility, comparable to other instruments in the literature. This study aimed to perform accurate calibration of a tri-axial pedal, including forces applied, deformations, nonlinearities, hysteresis and standard error for each axis. Calibration was based on Hull and Davis method, which is based on the application of known loads on the pedal in order to create a calibration matrix.

Mobile remote monitoring of biological signals.

This research purposes the development of a telemedicine system capable of remote monitoring and digitalization the patients biological signals. It includes a mobile device which transmits the patient electroencephalogram (EEG) and electrocardiogram (ECG) to a monitoring host using the wireless communication, allowing mobility to the patient in hospital or in his daily routine.

Evaluation of external cardiac massage performance during hypogravity simulation.

Preservation of astronaut crew health during an exploration mission to the Moon or Mars will be crucial to mission success. The likelyhood of a life threatening medical condition occurring during a mission to Mars has been estimated by NASA to be 1% per year. Since basic life support is a vital skill in critical care medicine, plans must be in place for cardiopulmonary resuscitation in both microgravity and hypogravity (i.e. on the surface of the Moon or Mars). Following the design of a body suspension device to simulate a hypogravity environment, subjects performed external chest compressions in 1G, 0.17G (Lunar), 0.38G (Mars) and 0.7G ('Planet X'). Chest compression adequacy was assessed by means of rate and depth. Heart rate immediately before and after 3 minutes of chest compression gave a measure of rescuer fatigue. Elbow flexion was measured using an electrogoniometer in order to assess the use of arm muscles to achieve chest compressions. This study found that depth (Lunar and Mars) and rate (Mars) of chest compression was below American Heart Association recommendations during hypogravity simulation in the female group. Furthermore, elbow flexion proved to be significantly greater during Lunar and Mars hypogravity simulation than that of the 1G control condition, suggesting that upper arm force may be used to counter the loss of body weight in an attempt to maintain adequate chest compression under these conditions.

Improvements on a fast algorithm for real time eye movement quantification.

An equipment to support the medical diagnosis and the studies of human balance in real time is being developed. This equipment is based on a recent technique which quantifies the movement of the eyes based on digital image processing. During the development of the equipment, modifications to the original algorithm were applied to improve its performance, since a faster camera is being used. The purpose of this work is to show the improvements applied to this fast algorithm. These improvements are intended to decrease even more the processing time.

A program for medical visualization and image processing.

This article presents a software program for visualization and processing of medical images. It provides an expansible set of techniques to help extracting visual information from medical images to be used in diagnosis support and in advanced scientific investigations.

A technique to compensate the eye movement in dark adaptometry tests.

This paper describes a new technique to compensate the eye movements in dark adaptometry tests. The instrument is controlled by a personal computer and can be used in the investigation of several retinal diseases. The stimulus is delivered to the eye through the modified optics of a fundus camera using two light-channels: one for the stimulus presentation, and other for retinal visualization. Infrared images of the fundus are displayed on a video monitor and the stimulus position can be compensated in real time. These modifications provide the advantages of continuous monitoring of fixation and visualization of the retinal regions, thereby increasing the accuracy of dark adaptometry in patients with fixation problems.

O efeito da escopolamina na performance mental durante simulação de microgravidade / The effect of scopolamine on mental performance during microgravity simulation

A otimização da performance mental e a minimização dos erros podem salvar vidas e reduzir custos de missões aeroespaciais. Usando o teste de performance mental computadorizada Manikin Test, pôde-se avaliar aspectos importantes da performance cognitiva sob a influência da escopolamina, medicamento largamente utilizado para prevenir ou minimizar os efeitos da Doença da Locomoção Espacial, durante uma simulação de microgravidade. Para simular os efeitos fisiológicos da microgravidade na Terra, utilizou-se a inversão postural, onde o indivíduo é deitado sobre um leito e a parte do seu corpo fica abaixo da parte inferior (6º negativos ou – 6º HDT, head-down tilt). Realizou-se um estudo duplo-cego, randomizado cruzado, no qual foi avaliada a performance mental de 15 voluntários durante simulação de microgravidade com e sem o uso de escopolamina 0,45mg. Constatou-se que, apesar da ocorrência de efeitos adversos inerentes à escopolamina, não houve diminuição da performance mental dos voluntários. Assim mais estudos são necessários para elucidar os reais efeitos da escopolamina sobre a performance mental durante a simulação de microgravidade. Assim, será possível a criação de medidas medicamentosas efetivas na prevenção e/ou na minimização dos sintomas provocados pela Doença da Locomoção Espacial.

Estabelecimento de Serviço de Tele-Eletrocardiografia Digital no sul do Brasil / Establishment of a Digital Tele-Electrocardiographic System in southern Brazil

A deficiência de médicos em áreas remotas dificulta o diagnóstico e o manejo de doenças. O Tele-ECG Digital (SED) foi estabelecido objetivando a disponibilização de laudos de eletrocardiogramas através de dois protocolos: o primeiro com transmissão em ‘tempo real’, destinado ao atendimento emergências cardiológicas, e o segundo, com utilização da Internet, para os casos de avaliação cardiológica não emergencial. O SED foi implantado em dois hospitais da cidade de São Lourenço do Sul – um localizado na zona rural e outro no centro da cidade, e em um posto de saúde da cidade de Turuçu, ambos no RS. O SED inclui um aparelho digital de ECG, um software de telecomunicação, computadores, uma conexão de modem, linha fixa de telefonia e um telefone celular remoto. A amostra coletada por 1 ano envolveu as três instituições participantes. No total, foram realizados 1063 Tele-ECGs, sendo 622 por transmissão em tempo real e 441 através da internet. No protocolo em tempo real, o tempo médio de transmissão foi de 8,1 (DP ± 1,7) minutos. Os resultados obtidos mostraram que 71,2% (443 de 622) dos ECGs transmitidos em tempo real foram considerados como patológicos, incluindo 66 (14,9%) de ECGs com sinais de alteração isquêmica aguda e 39 ECGs (8,8%) IAM com elevação do segmento S-T. Em decorrência dos resultados descritos e de seu baixo custo, o Sistema de Tele-ECG Digital foi considerado como de grande utilidade para as Instituições de Saúde, beneficiando pequenas cidades, comunidades remotas e áreas rurais do Brasil.

Desenvolvimento da técnica de Moiré de sombra como alternativa de baixo custo para análise postural / Development of shadow Moiré technique as an alternative low-cost method for postural evaluation

Este estudo objetiva desenvolver uma técnica alternativa, fidedigna e de custo reduzido ao raio X, para avaliar a postura humana e problemas posturais. O método é baseado em um tipo de técnica de Moiré que usa sombra para definir diferentes padrões de imagens. Foram construídos, testados e comparados três protótipos para padronizar as variáveis importantes inerentes a esta técnica. Testes preliminares realizados com os protótipos 1 e 2 demonstraram suas limitações e conduziram ao desenvolvimento do protótipo final, que possibilitou visualizar a região torácica dorsal do indivíduo com melhor qualidade. A precisão desse terceiro protótipo, realizada através dos cálculos de calibração, apresentou um desvio padrão de 0,051, indicando uma baixa variação entre as franjas. Acredita-se que este estudo motivará o uso desta técnica como alternativa de baixo custo para uso em diferentes avaliações relacionadas à postura humana e doenças associadas.

A avaliação da interação de uma dieta controlada com a escopolamina na prevenção da desorientação espacial / Na evaluation of the interaction of a controlled diet with scopolamine on the prevention of spatial disorientation

Este estudo objetivou avaliar o melhor horário de administração da escopolamina, medicamento utilizado na prevenção dos sinais e sintomas da desorientação espacial, e a interação de uma dieta controlada sobre sua ação. Foram realizados testes na cadeira rotatória desenvolvida no Laboratório de Microgravidade/ PUCRS, em 10 voluntários saudáveis. Cada voluntário participou de dois dias de teste, randomizados, um depois de 12h de jejum e no outro após a ingestão de uma dieta padronizada, recebendo, em ambos os dias, a dose oral de 0,45 mg de escopolamina. O teste rotatório foi realizado 60 min, 90 min, 120 min após administração deste medicamento. A sintomatologia da desorientação espacial e os efeitos colaterais do fármaco foram avaliados através do questionário de Graybiel e da avaliação clínica do voluntário durante e após os testes de rotação na cadeira. Os resultados indicaram que não foi possível determinar o melhor horário de administração da escopolamina. No teste realizado a 60 min, a interação com a dieta aumentou o tempo de rotação na cadeira (p = 0,0002). Uma amostra maior e a dosagem séria da escopolamina são necessários para um melhor entendimento de sua ação, seu horário de administração e sua interação com diferentes alimentos.