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dc.contributor.authorFrade, Maria Cecília Moraes
dc.date.accessioned2022-08-03T19:06:48Z
dc.date.available2022-08-03T19:06:48Z
dc.date.issued2022-05-27
dc.identifier.citationFRADE, Maria Cecília Moraes. Wearables para a monitorização contínua da saúde cardiorrespiratória. 2022. Tese (Doutorado em Fisioterapia) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16451.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16451
dc.description.abstractBackground: The cardiovascular health (CH) or aerobic power can be represented by maximal the maximum oxygen uptake (VO2max) measured during the cardiopulmonary exercise testing (CPET). However, despite the extensive clinical relevance of CH evaluation, the CPET could be interrupted before obtaining the true VO2max due to many different reasons such as the lack of motivation, in addition, it is performed only occasionally and involving the use of medical equipment that are not available to the general population and in realistic settings. Thus, this thesis is composed of 3 studies, as shown below: Study 1- Aim: To verify if supra maximum exercise testing (SMET) is reliable to confirm the VO2max achieved during the CPET, in addition to using different equipment to investigate the integrated physiological responses during peak CPET and SMET. Methods: 74 volunteers of both sexes were evaluated, aged between 19 and 72 years, and with different levels of maximum aerobic power. They performed the CPET with incremental protocol followed by SMET with constant load at 110% of the peak workload of the CPET, both tests were performed on a cycle ergometer and interrupted by maximum volitional fatigue. During both tests the metabolic and ventilatory variables were collected, by the metabolic system, in addition, the cardiovascular variables were measured, by an electrocardiography and photoplethysmography system. Results: There is no significant difference between VO2max in CPET and SMET. While there were statically significant differences between the metabolic, ventilatory, and cardiovascular variables during the peak of CPET and SMET. Conclusion: The SMET at 110% of CPET workload should be reliable to confirm true VO2max reached during CPET, in just one day, with different integrated responses of metabolic, ventilatory, and cardiovascular variables. Study 2- Aim: To evaluate the prediction of CH using artificial intelligence (AI) methods from data obtained by wearable technologies, in addition to using an explainable method of AI to investigate how CH can be estimated from the longitudinal signals acquired by wearables during activities of daily living (ADLs). Methods: 43 volunteers of both sexes were evaluated, aged between 19 and 72 years, and with different levels of aerobic power. The first stage consisted of the evaluation of the CH by CPET with incremental protocol. The second stage was performed in non-supervised environments to collect the longitudinal data (for 7 days) with a smart shirt with three embedded sensors. Finally, the last stage was the training of AI algorithms to predict the CH in addition to the use of an explanatory method. Results: There is a positive, strong and statistically significant correlation between the VO2max measured during CPET and that predicted by AI techniques. The most important inputs were age, heart rate, hip acceleration, weight and height (considering the Hemodynamic and Anthropometric domains) used to predict VO2max, using the explainable models. Conclusion: The VO2max can be predicted by wearable technologies associated with AI, by a support vector machine. Explanatory models were used to extract clinical insights from these predictions. Study 3- Aim: To verify the correlation between the biological and accelerometry variables from a wearable system during different intensities and the CH, in addition, to verifying the differences in biological responses in front of the different intensities of ADLs. Methods: 43 volunteers of both sexes, aged between 19 and 72 years, and with different levels of aerobic power The stages 1 and 2 were conducted as the same as described before in Study 2. Finally, the last stage was the stratification of three free ADLs intensities: low, moderate, and vigorous. Results: Biological and accelerometry data during unsupervised vigorous-intensity ADLs correlated with CH. There are statistically significant differences between the intensities for these variables. Conclusion: The biological and environmental data from a wearable system is related to CH during unsupervised vigorous-intensity ADLs. General Conclusions: Therefore, it was possible to confirm the true CH in a single laboratory visit by an SMET at 110% of the CPET workload. Furthermore, it was possible to predict the CH using two AI models and with an explanatory method. In addition, the CH was correlated with vigorous-intensity ADLs. All these findings were performed in a population with a broad spectrum of maximum aerobic power (VO2max).eng
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectReabilitaçãopor
dc.subjectCapacidade funcionalpor
dc.subjectInteligência artificialpor
dc.subjectSensores vestíveispor
dc.subjectDoenças crônicaspor
dc.subjectRehabilitationeng
dc.subjectFunctional capacityeng
dc.subjectArtificial intelligenceeng
dc.subjectWearableseng
dc.subjectChronic diseaseseng
dc.titleWearables para a monitorização contínua da saúde cardiorrespiratóriapor
dc.title.alternativeWearables for continuous monitoring of aerobic powereng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Catai, Aparecida Maria
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5801652590531684por
dc.contributor.advisor-co1Beltrame, Thomas
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0045363023998833por
dc.description.resumoIntrodução: A Saúde Cardiorrespiratória (SCR) ou aptidão cardiorrespiratória pode ser representada por meio do consumo de oxigênio máximo (VO2máx) mensurado durante o teste de exercício cardiopulmonar (TECP). Apesar de ser um índice tão valioso clinicamente, a avaliação da SCR possui algumas limitações para sua obtenção, como a dependência do esforço máximo e da motivação do voluntário, além de ser feita apenas pontualmente e envolver a utilização de equipamentos médicos pouco disponíveis para a população geral. Assim, essa tese é composta por 3 estudos, conforme apresentação a seguir: Estudo 1- Objetivo: Verificar se um teste de exercício supramáximo (TESM) reproduz o VO2máx alcançado durante um TECP, além de utilizar diferentes equipamentos para investigar as respostas fisiológicas integradas durante o pico do TECP e do TESM. Metodologia: Foram avaliados 74 voluntários de ambos os sexos, idade entre 19 e 72 anos e com diferentes níveis de potência aeróbica máxima. Os voluntários realizaram o TECP por meio de um protocolo incremental seguido pelo TESM com carga constante a 110% da carga de trabalho pico do TECP, ambos os testes foram realizados em cicloergômetro, e interrompidos por fadiga voluntária máxima. Durante os testes foi feita a coleta de variáveis metabólicas e ventilatórias, por meio de um analisador de gases expirados, além da coleta de variáveis cardiovasculares, por meio de um sistema de eletrocardiografia e de fotoplestimografia. Resultados: Não houve diferença entre o VO2máx obtido durante o TECP e o TESM. Enquanto houve diferenças estatisticamente significativas entre as variáveis metabólicas, ventilatórias e cardiovasculares durante o pico do TECP e do TESM. Conclusão: O TESM a 110% da carga de trabalho do TECP mostrou ser um protocolo de exercício reprodutível para confirmar o verdadeiro VO2máx após o TECP, em apenas um dia, com diferentes respostas integradas das variáveis metabólicas, ventilatórias e cardiovasculares. Estudo 2- Objetivo: Avaliar a predição da SCR por meio de métodos de inteligência artificial (IA) a partir de dados obtidos por tecnologias vestíveis (wearables), além de utilizar um método explicável de IA para investigar como a SCR pode ser estimada a partir dos sinais longitudinais adquiridos por wearables durante as atividades de vida diária (AVDs). Metodologia: Foram avaliados 43 voluntários de ambos os sexos, idade entre 19 e 72 anos e com diferentes níveis de potência aeróbica máxima. A primeira etapa foi composta pela avaliação da SCR por meio do TECP com protocolo incremental. A segunda etapa foi feita em um ambiente ambulatorial por meio da coleta de sinais vitais utilizando um wearable com três sensores vestíveis embarcados. Finalmente, a terceira etapa foi o treinamento de algoritmos de IA para a predizer a SCR além do emprego de um método explicativo. Resultados: Há correlação positiva, forte e estatisticamente significativa entre o VO2máx mensurado durante o TECP e o predito por técnicas de IA. Os inputs mais importantes foram idade, frequência cardíaca, aceleração do quadril, peso e altura (sendo considerados os domínios Hemodinâmico e Antropométrico) utilizados para predizer o VO2máx, usando os modelos explicáveis. Conclusão: Os métodos de IA mostraram-se adequados para predizer o VO2máx por meio de um algoritmo de regressão chamado máquina de vetores de suporte. Modelos explicativos foram usados para extrair insights clínicos dessas predições. Estudo 3- Objetivo: Verificar a correlação de variáveis biológicas e de acelerometria provenientes de um sistema wearable durante diferentes intensidades das AVDs com a SCR, além de verificar as diferenças das respostas biológicas frente a essas intensidades. Metodologia: Foram avaliados 43 voluntários de ambos os sexos, idade entre 19 e 72 anos e com diferentes níveis de potência aeróbica máxima. As etapas 1 e 2 a que os voluntários foram submetidos são as mesmas descritas acima para o estudo 2. E a última etapa foi a estratificação de três intensidades de AVDs livre: baixa, moderada e vigorosa intensidade. Resultados: Os dados biológicos e de acelerometria durante AVDs não supervisionadas se correlacionam com a SCR, principalmente durante intensidade vigorosa. Há diferenças estatisticamente significativas entre as intensidades para estas variáveis. Conclusão: Os dados biológicos e de acelerometria provenientes de um sistema wearable se correlacionam com a SCR durante a AVDs não supervisionadas principalmente durante a intensidade vigorosa. Conclusão geral: Foi possível confirmar a verdadeira SCR em uma única visita laboratorial por meio de um TESM à 110% da carga de trabalho do TECP. Ainda, foi possível confirmar a predição da SCR por meio de técnicas de IA utilizando um método explicativo. Além disso, a SCR apresentou correlação com AVDs não supervisionadas principalmente durante intensidade vigorosa. Todos esses achados foram realizados em uma população de amplo espectro de potência aeróbia máxima (VO2máx).por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Fisioterapia - PPGFtpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS DA SAUDE::FISIOTERAPIA E TERAPIA OCUPACIONALpor
dc.description.sponsorshipId2018/22818-9por
dc.description.sponsorshipId2016/22215-7por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/6097087590703304por


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