00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC
Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8823
Tipo: Dissertação
Título: Estimação de parâmetros do modelo do circuito equivalente do sistema cardiovascular humano usando deep learning
Título(s) alternativo(s): Estimation of equivalent circuit model parameters of the cardiovascular system human using deep learning
Autor(es): Leandro, Jorge Santos
Primeiro Orientador: Cordeiro, Thiago Damasceno
metadata.dc.contributor.referee1: Yang, Xu
metadata.dc.contributor.referee2: Lima, Antonio Marcus Nogueira
Resumo: Pacientes portadores de doenças cardíacas graves ainda encontram no transplante cardíaco a melhor opção de tratamento. Entretanto, os chamados Dispositivos de Assistência Ventricular (DAVs) vêm sendo utilizados com sucesso no suporte ao bombeamento do músculo cardíaco na tentativa de suprir as necessidades do sistema cardiovascular humano (SCH). Os chamados modelos a parâmetros concentrados possuem grande importância para a realização de simulações computacionais de variáveis hemodinâmicas (VHs), seja utilizando modelos do SCH ou modelos do DAV, o que viabiliza a análise de desempenho de diferentes modos de operação antes mesmo de implantar o dispositivo no paciente. Além disso, modelos específicos para um determinado paciente permitem que a sintonia de sistemas de controle seja realizada de acordo com a situação clínica deste paciente. Sabe-se que processo de estimação paramétrica de tais modelos necessita dados do paciente e nem sempre as VHs de interesse encontram-se disponíveis e de maneira não invasiva. Em face ao exposto, deve-se buscar a utilização de VHs que sejam preferencialmente obtidas por meio de técnicas não invasivas. Neste trabalho, investiga-se a viabilidade de implementação de um processo de estimação paramétrica de um modelo do sistema cardiovascular. Para este propósito, são utilizadas técnicas de aprendizagem profunda, tendo como sinal de entrada apenas o sinal de pressão arterial sistêmica em forma de onda, uma vez que esta VH pode ser obtida utilizando-se métodos não invasivos. Com base no modelo, uma base de dados sintética foi gerada e subdividida em 3 partes: treinamento, validação e teste. Estas subdivisões foram utilizadas para treinar os modelos das redes neurais. Um estudo de sensibilidade paramétrica analisa a influência da variação de cada um dos parâmetros deste modelo em todas as VHs, uma vez que esta correlação está diretamente relacionada à precisão dos valores estimados dos parâmetros. Os resultados destacam baixíssima sensibilidade da pressão sistêmica com relação a determinados parâmetros, o que prejudica a estimação destes e confirma a necessidade da adição de mais VHs como entrada para o estimador. O estudo de sensibilidade também destaca que a variação de alguns parâmetros não têm influência significativa em nenhuma das VH, prejudicando todo o processo de estimação para um paciente específico.
Abstract: For patients with severe heart diseases, heart transplantation is still the best treatment option. However, the so-called Ventricular Assist Devices (VADs) have been used successfully to support the pumping of the cardiac muscle to meet the needs of the human cardiovascular system (CVS). The so-called lumped parameter (0D) models are of great importance for computational simulations of hemodynamic variables (HVs), either using CVS models or VAD models, making it possible to analyze the performance of different operation modes even before implanting the device in the patient. Furthermore, specific models for a given patient allow the tuning of control systems to be carried out according to the clinical situation of that patient. It is known that the parametric estimation process of such models requires patient data and the HVs of interest are not always. Thus, using HVs preferably obtained through non-invasive techniques and those considered common in the medical-hospital environment should be sought. This work investigates the feasibility of implementing a parametric estimation process of a 0D model of the human CVS for specific patients. For this purpose, deep learning techniques are used, having only the arterial systemic blood pressure signal as input signal since it is can be obtained using non-invasive methods. The synthetic database was generated and divided in 3 subsets: training, validation and test. This subsets was used for training the neural network models.The sensitivity function is calculated to investigate the influence of the CVS parameter variation on all HVs since this correlation is directly related to the accuracy of the estimated parameter values. The results highlight the very low sensitivity of systemic pressure for certain parameters. This fact impairs their estimation and confirms the need to add more HVs as inputs to the estimator. The sensitivity study also highlights that some parameters’ variation does not significantly influence any of the HVs, impairing the entire estimation process for a specific patient.
Palavras-chave: Estimação paramétrica
Variáveis hemodinâmicas – Simulação (Computadores)
Modelagem computacional específica para o paciente
Aprendizagem profunda
Redes neurais
Parametric Estimation
Hemodynamic Variables
0D Models
Patient Specific
Deep Learning
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Informática
Citação: LEANDRO, Jorge Santos. Estimação de parâmetros do modelo do circuito equivalente do sistema cardiovascular humano usando deep learning. 2022. 47 f. Dissertação (Mestrado em Informática) – Instituto de Computação, Programa de Pós-Graduação em Informática, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8823
Data do documento: 27-ago-2021
Aparece nas coleções:Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC



Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.