06
Fevereiro

Apresentação

Compreendemos que o vasto conhecimento descoberto a todo o momento pela ciência muitas vezes demora chegar a uma aplicação final. Acreditamos que esta demora se deve à falta de pessoas que possam permear entre o universo empresarial e o cientifico. São necessários pesquisadores que apliquem o conhecimento cientifico no setor privado e construam a ponte que leva da fundamentação teórica à aplicação, movimentando assim a indústria do conhecimento fazendo emergir novas fontes de valores. São os pequenos detalhes e as novas formas de pensamentos que acarretam uma grande diferença no resultado final, seja na criação de algo novo ou numa mudança de fluxo. Ter resultados é uma exigência do mercado, mas antes, é preciso trilhar os caminhos da abstração teórica em busca de modelos que possam ser adaptados à realidade prática do mesmo. 

Alinhar estratégia, tecnologia, inteligência e praticidade de mercado, garante a elaboração de projetos sofisticados que descrevam em sua essência uma metodologia que retorna resultados confiáveis, com investimentos precisos e satisfação do público.

Como resultados desse processo de pesquisa, podemos elaborar projetos inteligentes e estratégicos que atuem na solução de problemas de foco comum, construindo uma comunicação adequada entre produto e público. Neste aspecto, cada grande ideia possui vários caminhos para se comunicar com o público e obter sucesso na aplicação para qual se desenvolve, mediante um conjunto de prioridades definidas para cada caso, estudaremos qual o melhor caminho que aperfeiçoa essas prioridades levando o desenvolvimento a um resultado exato e de baixo custo em suas etapas iniciais. Definir de maneira objetiva o produto e apresentá-lo numa linguagem clara a seu público alvo retorna resultados precisos.

O norte do Piauí vem a cada dia potencializando sua aptidão de aplicações, a cidade de Parnaíba é hoje um centro universitário com mais de seis unidades de ensino superior, concentrando uma média de vinte mil alunos. Alguns seguimentos já possuem destaque, como é o caso do programa de Pós Graduação em Biotecnologia, o BIOTEC, que hoje contempla um número de ações e resultados significante no estudo e produção de fármacos, já com uma interação com o setor privado em que empresas como a VEGEFLORA e a PHYTOBIOS submergem com investimentos e apoio dentro da academia para geração de novas aplicações. Outro exemplo de destaque é o Polo de Desenvolvimento Tecnológico de Parnaíba, como o primeiro e, atualmente, único polo do segmento do Estado, com uma interação direta entre academia, poder público e setores privados, fazendo girar um ecossistema de auto sustentabilidade onde a aplicação de pesquisas acadêmicas garantem a inovação de toda a cadeia e como resultado disso, o Piauí aponta como protagonista na indústria criativa de aplicativos e soluções tecnológicas. Por fim, a ZPE se configura como um palco de industrialização e aplicações tecnológicas materializando todo o potencial supracitado do norte do Estado. Em meio a essa esfera de aplicações tecnológicas em um território havido e rico de cabeças pensantes, várias ações vêm contribuindo para o crescimento local, colocando-o como o exemplo global para todo o Estado. Pesquisadores, laboratórios e estudantes, diariamente buscam resolver problemas aplicados fazendo fluir um novo sistema de oportunidades, novas fontes de capital e uma melhoria direta na qualidade de vida tanto dos envolvidos como da comunidade local. Em meio a estas ações, destacamos o Campus Ministro Reis Velloso da Universidade Federal do Piauí, que vem reconhecendo sua aptidão no seguimento de saúde, bem como um trabalho pioneiro apoiado pela instituição, de abrir as portas da universidade para uma participação mais ativa, seja da comunidade gerando um retorno direto por meio de ações que beneficiam o público local, como a abertura das clinicas escolas de psicologia e fisioterapia para atender com qualidade e de forma gratuita a comunidade, como interações com setores públicos e privados de forma permitir por meio de fomento e pesquisa a construções de soluções conjuntas para problemas que fomentam o ecossistema de maneira autossustentável, gerando riquezas educacionais, financeiras e construindo uma nova visão que desvincula a academia puramente da postura de sustentabilidade estatal.

Em meio a esta movimentação, o Laboratório de Neurofísica da UFPI – LANF, vem construindo soluções tecnológicas em parcerias com entidades privadas que transcendem ao limiar dos muros da universidade, ensinando aos alunos um modelo autossustentável de construção de soluções aplicadas além de preparar os alunos para o universo do empreendedorismo que permeia a sociedade.

O que é

O Fadigômetro foi o nome dado ao projeto que que objetiva desenvolver um protótipo, um modelo e uma metodologia de análise da fadiga por meio de variáveis cinéticas, topológicas e energéticas. O protótipo compreende aplicações de sensores por meio de uma controladora. O modelo se apoia em interpretações físico matemáticas desses parâmetros. A metodologia se utiliza da interferência de tecnologia da informação juntamente com os conhecimentos técnicos de fisioterapia para auxilio da medida do parâmetro fadiga muscular.

A que se propõe  

 A proposta de criar novas formas de mensurar o grau de fadiga de forma fácil e com uma reprodutibilidade clínica de baixo custo auxilia o terapeuta na compreensão em tempo real do estado do paciente proporcionando maior segurança em sua conduta, diminuindo assim os riscos de efeitos deletérios causados pelo exercício físico. 

  • Otimizar pesquisas na área da saúde que se embasam na fisioterapia,
  • Ocasionar melhorias no diagnóstico e laboratórios,
  • Maximizar melhorias para o consumidor final.

Espera-se que o fadigômetro mostre ser capaz de avaliar objetivamente a fadiga muscular considerando aspectos mecânicos e calóricos e mostre superioridade sobre as escalas de análise do esforço subjetivo, como a escala de Borg e recursos de alto custo como a eletromiografia e eletroencefalografia. 

 

Justificativa Acadêmica

Durante a elaboração de programas de exercícios, a intensidade do esforço deve ser levada em consideração independentemente de o indivíduo ser ou não portador de alguma doença ou fator de risco. A frequência cardíaca, consumo de oxigênio, e a percepção do esforço são parâmetros utilizados para quantificar a intensidade do treinamento (Graef e Kruel, 2006). A percepção de esforço parece resultar da integração de uma série de informações aferentes oriundas de estruturas sensoriais localizadas nos músculos esqueléticos ativos e no sistema cardiorrespiratório (Nakamura et al., 2005). Ela é geralmente avaliada por meio de escalas subjetivas que visam facilitar o contato terapeuta-paciente e compartilhar a sensação de esforço percebida pelo paciente. Uma das escalas mais utilizadas é a criada por Borg, que contém 15 pontos indo de 6 a 20 onde 6 significa muito fácil e 20 exaustivo (Nakamura et al., 2005).

A sensação de esforço acompanhada por uma diminuição do desempenho do exercício causados por uma incapacidade de manter uma determinada potência ou força durante um trabalho é denominada fadiga (Schillings et al., 2007; Cifrek et al., 2009. Esta é vista como um mecanismo de proteção contra possíveis efeitos deletérios da integridade da fibra muscular esquelética (Silva, De-Oliveira e Gevaerd, 2006) e pode resultar de alterações da homeostasia no próprio músculo esquelético, ou seja, o resultado do decréscimo da foça contráctil independente da velocidade de condução do impulso neural, habitualmente designada de fadiga com origem predominantemente periférico, ou pode também ser o resultado de alterações do input neural que chega ao músculo, traduzida por uma redução progressiva da velocidade e frequência de condução do impulso voluntário aos motoneurônios durante o exercício, normalmente denominada fadiga predominantemente de origem central (Moreira, Teodoro e Magalhães Neto, 2008).

Durante o exercício, ocorre alterações na frequência cardíaca (Alonso et al., 1998; Polito e Farinatti, 2003), no pH sanguíneo, da temperatura, fluxo sanguíneo, acumulação de metabólitos como lactato, ADP, AMP, IMP, Pi, amônia, presença de indicadores de lesão muscular como a creatina fosfato (CK), perda da homeostase do Ca2+, e alteração no papel de outros íons como o Na+, K+, Cl-, Mg+. Estas alterações causam os sintomas de fadiga percebido pelo indivíduo e podem ser utilizadas para estudar o processo de fadiga (Ascensão et al., 2003). Uma outra forma seria por meio da eletromiografia, onde a frequência espectral do sinal e o aumento da amplitude são frequentemente relacionados ao processo de fadiga justificado por um aumento nas concentrações de ácido lático, e consequentemente de H+, e um aumento no recrutamento das unidades motoras (Santos, Vieira e Prestes, 2010). A nível cortical, as causas da fadiga residem em áreas corticais e sub-corticais (Ascensão et al., 2003) e está relacionada ao aumento nos níveis de serotonina, um neurotransmissor oriundo do triptofano que está relacionado as alterações de comportamento, humor, ansiedade, agressividade, depressão, sono, fadiga e supressão de apetite (Rossi e Tirapegui).

A fadiga muscular é vista como um dos principais tópicos de investigação na fisiologia do exercício. Por se tratar de uma incapacidade do músculo elevar ou manter um determinado nível de força e por afetar diretamente a coordenação e consequentemente performance do exercício, a fadiga deve sempre receber uma atenção especial ao se propor um programa de exercício seja para indivíduos hígidos ou portador de alguma enfermidade. Atualmente sua mensuração é feita ou por meio de escalas subjetivas de percepção de esforço ou por meio de metodologias de difícil reprodução na prática clínica. A proposta de criar novas formas de mensurar o grau de fadiga de forma fácil e reprodutibilidade clínica de baixo custo auxilia o terapeuta na compreensão em tempo real do estado do paciente proporcionando ao terapeuta maior segurança em sua conduta diminuindo assim os riscos de efeitos deletérios causados pelo exercício físico.

 

Justificativa tecnológica

A robótica iniciou seus trabalhos na área de saúde junto à medicina e às salas cirúrgicas, que auxiliam a precisão dos médicos e cuidados aos pacientes. Dessa vez as máquinas invadem os centros especializados de reabilitação. 

O avanço tecnológico contribui significativamente para a melhora na qualidade de vida da população. O desenvolvimento de procedimentos mais eficientes e menos agressivos é o reflexo da tendência de evolução da área médica. Os longos e preocupantes procedimentos diagnósticos e cirúrgicos cedem lugar às técnicas minimamente invasivas, que reduzem riscos e potencializam os resultados de uma forma mais amena e segura (SOGIMIG).

Como em uma grande máquina, na qual todas as peças estão interligadas, os ossos, músculos e articulações que formam nosso esqueleto trabalham juntos para nos colocar em movimento, assim, faz-se necessário o íntimo conhecimento de diversas estruturas anatômicas e das funcionalidades das mesmas de modo a potencializar o modo como o corpo humano é, trabalha e desenvolve.

Em 2014, entre Junho e Setembro, a GE Healthcare realizou a pesquisa “O Valor do Saber”, sobre a importância dos avanços tecnológicos para a área da saúde, sendo entrevistadas cerca de 10 mil pessoas em dez países, incluindo o Brasil, China, Índia, Estados Unidos e Reino Unido. Os resultados mostraram que, para 87% dos entrevistados, o uso de tecnologias para monitorar a saúde a distância pode ser a mais importante inovação médica dos próximos anos (SENSOR WEB, 2015). 

Este projeto, representa a união de vários segmentos tecnológicos para construção de uma aplicação. Basicamente serão utilizadas as tecnologias:

  • Controladoras microprocessadores de sinais, para capitação dos sinais oriundo dos sensores. Serão utilizados sensores de aceleração, batimentos cardíacos e cronômetros. A controladora facilitará a coleta de informações de maneira não invasiva e remota, ampliando assim o espectro de possibilidades de aplicação da ferramenta.
  • Aplicações de TI, para construção de interfaces gráficas que facilitarão interação tanto para manipulação dos dados bem como para leituras de dados e melhorias das experiências entre com as interações homem máquina.

 

Justificativa Financeira 

clinicas

A Fisioterapia é uma forma de tratamento para disfunções e incapacidades há milhares de anos e nos últimos, vem sofrendo diariamente a emersão de novas tecnologias, seja nos tratamentos clínicos, como na ampla procura para os esportes de alto desempenho e cotidianamente para minimizar consequências dos treinos em academias e outra atividades que requisitam um esforço físico mais acentuado. É considerada como tratamento-chave na reabilitação de pacientes que sofrem de condições debilitantes resultantes de acidentes ou doenças.

É devido a essa importância que a fisioterapia adicionou na busca de qualidade de vida que, por exemplo, a massagem que sempre esteve no percurso da Fisioterapia e, hoje em dia, o Fisioterapeuta continua a ser associado a esta. No entanto, o âmbito de intervenção da Fisioterapia e as técnicas utilizadas pelo Fisioterapeuta vão muito mais além da massagem. 

De acordo com o Conselho Federal de Fisioterapia e Terapia Ocupacional –CREFITO, em janeiro de 2015 o Brasil apresentava um número de 209.099 profissionais da área. O número de atendimento médio de pessoas que buscam atendimentos de fisioterapia nas clínicas, é desconhecimento, mas sabe-se que a fisioterapia clínica está dividida nas áreas:

Figura 1 -Áreas de atuação da fisioterapia (http://www.bestdoctorsblog.com/pt-pt/fisioterapia-a-importancia-na-sua-saude/)

Das áreas acima, x delas envolvem diretamente a fadiga como parâmetro que deve ser levado em conta principalmente na cardio-respiratoria, na geriatrica, na desportiva, na oncológica e na neurológica.

Neste aspecto compreender alguns fenômenos intrínsecos do corpo é fundamental para auxiliar no modo como o paciente vai ser tratado. Um desses fenômenos é a fadiga. O conhecimento da influência do processo desta exaustão constitui-se de uma importante ferramenta para a melhora do treinamento, reabilitação e desempenho na marcha e na corrida. Este fenômeno complexo é composto por uma percepção subjetiva de cansaço, alterações do tecido neuromuscular e dos processos metabólicos, diminuição do desempenho, da motivação e deterioração das atividades físicas e mentais. 

Sabe-se que dentro de uma clínica, a fisioterapia é uma das áreas mais presentes por está vinculada a danos físicos, causados por acidentes, recuperação de cirurgias ou consequências causadas pelo próprio processo de envelhecimento. Um dos desafios enfrentados pelos fisioterapeutas é compreender os impactos que a terapia proposta tem sobre o paciente, pois os relatos dos mesmos nem sempre são condizentes com sua real situação. Dessa forma, objetivando facilitar a atuação do fisioterapeuta, o fadigômetro visa ser um aparelho de mensuração clara e objetiva do estado de fadiga, sendo superior a qualquer outra forma de mensuração subjetiva até então utilizada. .

 

Atividades Físicas

A busca pela qualidade de vida vem crescendo exponencialmente nos ultimos anos. O mundo em uma sua busca constante para as aplicações tecnólogicas, vem convergindo cada mais para os caminhos não apenas da logividade, mas de uma vida mais longa e com qualidade. Neste aspecto, as saúdes físicas e mentais são determinantes para que este objetivo seja alcançado. Dentro dos aspectos físicos, a busca por um corpo resistente, saudável envolve diretamente desde alimentação bem como a busca por atividades físicas. Fazer um esporte ou estar está numa academia não é mais questão de vaidade ou alto poder aquisitivo, mas uma questão de saúde coletiva. Dessa forma, estima-se que o número de academias, praticantes de esportes informal e atividades físicas de um modo geral, aumente exponencialmente nos próximos anos. Estamos entrando na geração saúde.

No início de 2014 o número de academia já aumentara no Brasil em 133%, noticia o jornal do UOL chamando a atenção de investidores para o negócio, estimasse que este número tenha triplicado em 2015, de acordo com o levantamento feito pelo Sebrae (Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas). 

De acordo com a entidade, o setor tinha 9.300 estabelecimentos atuando nesse ramo, em 2007, e saltou para 21,7 mil, em 2012. A pesquisa foi feita exclusivamente com as micro e pequenas empresas.

Para o cálculo, a entidade usou a base de dados da Receita Federal e avaliou quantos estabelecimentos foram abertos no período.

"Há dois fatores para esse aumento no volume de academias. O primeiro deles é a busca por uma melhor qualidade de vida, mais saudável. E o segundo é o aumento de renda. Essa união gerou muitas oportunidades", afirma Luiz Barretto, presidente do Sebrae.

De acordo com Barretto, se depender dos empreendedores brasileiros, a atividade tem tudo para continuar impulsionando os pequenos negócios no país.

O foco financeiro do fadigômetro para este cenário, e um de seus objetivos é construir um protótipo de baixo custo e acessível, por meio de um aplicativo que utiliza os sensores de um smartphone convencional, desenvolvendo assim um novo instrumento de medida que pode ser aplicado a medidas de fadigas e desempenhos para execução de atividades físicas. Sem dúvida, um dos diferenciais que o aparelho promete neste aspecto, são medidas mais objetivas que maximizarão os resultados, além de minimizar os danos causados pelo treino excessivo aos da contagem errada dos indicadores de condições físicas. 

 

Tecnologia Utilizada 

A tecnologia utilizada no fadigômetro é composta pela frente de tecnologia da informação aplicada. Utilizaremos um controlador arduíno de amplo aspecto e acessível para coletar dados dos sensores de aceleração, temperatura, batimentos cardíacos e pressão. Softwares livres de TI (Tecnologia da Informação) serão utilizados para construção de plataformas de processamento e apresentação dos resultados, tais como tecnologia JAVA. Em termos de hardwares serão utilizados os componentes:

Controladora Arduíno

Arduíno é uma plataforma de prototipagem de código aberto baseado em hardware e software com  ferramentas que são acessíveis,de baixo custo, flexíveis e fáceis de se usar. Uma típica placa Arduíno é composta por um controlador, algumas linhas de E/S digital e analógica, além de uma interface serial ou USB, para interligar-se ao hospedeiro.

Sensor Acelerômetro - acelerômetro conseguem detectar variação de velocidade nos 3 (três) eixos ou, em outras palavras, em qualquer direção. O acelerômetro informa a variação da velocidade de forma independente em cada direção (um acelerômetro nada mais é que um instrumento capaz de medir a aceleração sobre objetos).

 

Sensor de temperatura infra-vermelho MLX90614

A família de sensores MLX90614 utilizam termopilhas infra-vermelhas para determinar a temperatura de objetos sem tocá-los. Este sensor suporta temperaturas ambiente entre -40º e 85ºC e funciona para objetos com temperaturas entre -70º e 382ºC. Possui uma resolução de 0,02ºC e acuidade de ±0,5ºC. O dispositivo vem em um encapsulamento tipo TO-39 e pesa apenas 0,9g com filtros que o tornam imune ao infra-vermelho do ambiente e à luz do sol.

Este sensor suporta duas interfaces: SMBus (padrão) e saida de 10 bits PWM. O SMBus é completamente compatível com a I²C para freqüências inferiores a 100kHz e pode ser utilizado para habilitar e configurar a saída PWM, se necessário.

Note que leituras precisas só podem serem conseguidas se o sensor estiver em equilíbrio térmico e em condições isotérmicas (i.e. sem diferenças de temperatura no encapsulamento do sensor). A temperatura medida para um objeto é a média do objeto dentro do ângulo de visão do sensor.

 

Sensor de batimentos cardíacos

Este Sensor de Batimento cardíaco é uma placa de baixo custo utilizada para medir a atividade elétrica do coração. Esta atividade elétrica pode ser mapeada como um ECG (electrocardiograma) e tem saída de leitura analógica. ECGs podem ser extremamente ruidosos, o Sensor de Batimento cardíaco funciona como um amplificador operacional para ajudar a obter um sinal claro de intervalos PR e QT facilmente. 

É um dispositivo integrado de condicionamento de sinal para ECG e outras aplicações de medição biopotenciais. Ele foi projetado para extrair, amplificar e filtrar pequenos sinais biopotenciais na presença de ruído, como os criados por movimento ou por posicionamento remoto do eletrodo.

Sua estrutura física disponibiliza nove conexões do CI para que você possa soldar pinos, fios ou outros conectores. SDN, LO +, LO-, OUTPUT, 3.3V, GND fornecem pinos essenciais para operar este monitor com um Arduino ou outra placa de desenvolvimento. Também estão disponíveis nesta placa os pinos RA (Braço Direito), LA (Braço Esquerdo) e RL (perna direita) para conectar e usar seus próprios sensores personalizados. Além disso, há uma luz LED que pulsa ao ritmo de uma batida de coração.

Sensor de pressão arterial 

Trata-se de um dispositivo destinado a medir os níveis de pressão arterial, especialmente para pessoas que têm hipertensão. Seu funcionamento baseia-se na detecção dos batimentos cardíacos e emprega um método oscilométrico simples que determina a pressão sanguínea sistólica e diastólica. A medida é baseada na ideia de mudanças na amplitude dos batimentos cardíacos.

Algumas especificações técnicas para esse tipo de dispositivo incluem intervalo de medida, pressão máxima, precisão e tempo de resposta.

Para analise e tratamento dos dados, serão utilizadas as tecnologias de softwares: 

NetBeans - tal como as IDE’s do Java que o compõe, como plataforma para codificação do programa que fará a interpretação dos dados coletados pelo fadigômetro e a interface para o usuário.

Plataforma Arduino - programação da placa na linguagem C/C++. Seu ambiente é multiplataforma o que facilita sua aplicação. 

SQL - banco de dados usado para salvar as informações do paciente e os resultados coletados pelo fadigômetro.

IReport - ferramenta gráfica que em conjunto com o projeto do NetBeans  gerará relatórios sobre os dados obtidos.

 

Modelagem físico matemática

A avaliação isocinética tem sido usada nas últimas décadas como um dos métodos mais objetivos para se determinar o padrão funcional da força e do equilíbrio muscular.  O controle de variáveis como torque e potência sob grupos musculares, possibilita o estudo e a recuperação de lesões. Procuramos analisar outras vertentes também seguindo a avaliação de controle de variáveis objetivas, partimos de uma análise mais rica de parâmetros físicos, maximizando o sucesso de todo o processo no poder dessas correlações, que devem ser capazes de dar contas de relações subjetivas de difícil interpretação diretamente. Dentre esses parâmetros, o estudo de desempenho temporal por meio da variação de energia, topologia e aceleração, revelam que a análise do comportamento de variáveis cinéticas, recupera correlações intimas com outros parâmetros, tais como a fadiga muscular. Como ferramental matemático, será utilizado o estudo das séries e transformada de Fourier, justificando-se para a natureza periódica do problema em que iremos focar, ao tempo em que se pretende estudar a defasagem de ritmos. Essa abordagem física matemática estão presentes em muitas aplicações a saúde, tais como o exame de ultrassom, raio X, eletroencefalografia, cardiograma e outros e tem se mostrado como uma fundamentação físico matemática poderosa, capaz de retornar resultados incríveis. Essa modelagem está focada na possibilidade de reconhecermos padrão, que necessariamente devem ser contínuos, mas periódicos obedecendo algum comportamento no tempo. O estudo de séries temporais, tem mostrado enorme sucesso em aplicações complexas que diretamente escondem na enormidade de dados informações de correlações importantes dificilmente vistas rapidamente. Acredita-se que a fadiga exibe um comportamento de arritmia quanto mais o indivíduo se aproxima de seu limiar, partindo de um estado rítmicos que apresentara defasagens e arritmias na evolução temporal da coleta, dessa forma, é possível construirmos um algoritmo que leva em consideração as propriedades de series temporais juntamente com o potencial das propriedades das series de Fourier, para reconhecimento de padrões e comportamentos. Um dos pontos centrais que este modelo pode ser tratado para cada caso, sem a necessidade de variáveis globais médias para o estudo dos pontos de limiares, ou seja, o equipamento pode ser zerado e ajustado para as condições de cada indivíduo, trabalhando assim um modelo dinâmico de análise.

 

aspectos positivos

●Sistema de placa única;

●Fácil utilização;

●Baixo custo; 

●IDE e Drivers são executados em Windows, Mac e Linux;

●Não é produzido por um fabricante de micro controladores;

●Possui os requisitos mínimos, mas funcionalidades podem ser adicionadas.

●Softwares de licença livre

●Metodologia físico matemática que exibe grandes resultados na área da saúde;

 

aspectos negativos

●É uma controladora de amplo espectro, ou seja, de grande generalidade, porém de pequena precisão;

●Instabilidade eletrônica devido a viabilidade custo benefício;

●Pouco robusto (frágil);

●Modelagem físico matemática de difícil compreensão, minimizando aspectos colaborativos da pesquisa.

 

aspectos financeiros

●Extremamente de baixo custo;

●Larga disponibilidade de componentes para aquisição no mercado;

 

Etapas

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