Modelos computacionais para simulações de tomografia por impedância elétrica e sua aplicação no problema de determinação da fração de ejeção cardíaca

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Ribeiro, Marcos Henrique Fonseca
• Orientador(a): Barra, Luis Paulo da Silva
• Banca de defesa: Lima, Raul Gonzalez , Amato, Marcelo Britto Passos, Noritomi, Pedro Yoshito , Queiroz, Rafael Alves Bonfim de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelagem computacional; Método de Levenberg-Marquardt; Tomografia por impedância elétrica decomposição por valores singulares; Mecânica cardíaca; Iterated Local Search; Splines; Computational Modeling; Levenberg-Marquardt Method; Electrical Impedance Tomography; Singular Values Decomposition; Cardiac Mechanics
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/4509

A Tomografia por Impedância Elétrica (TIE) consiste em uma técnica onde imagens são construídas a partir da injeção de uma corrente elétrica em determinado meios, seguida da leitura de valores de potencial elétrico em pontos do contorno externo de tal domínio. Desta maneira, conhecendo-se ou estimando-se a condutividade elétrica de regiões internas ao meio, pode-se inferir aspectos geométricos da composição do mesmo. Trabalhos na literatura aplicam esta técnica ao contexto de obtenção de imagens do tórax humano, com objetivo de estimar a geometria das cavidades cardíacas de um determinado paciente. O objetivo final de estudo deste trabalho, dentro do contexto de aplicação da TIE à obtenção de cavidades cardíacas, é propor uma metodologia para a estimação da Fração de Ejeção Cardíaca, ou simplesmente Fração de Ejeção (FE), que consiste em medir o percentual de volume de sangue expulso dos ventrículos ao final de um ciclo de batimento do coração. Este trabalho visa evoluir outros trabalhos já existentes que modelam o problema acima descrito como sendo um problema inverso, de otimização, onde se pretende minimizar a diferença entre valores de potencial elétrico medidos e valores simulados por modelos computacionais. A evolução se dá em níveis diferentes. No primeiro nível, é feito um avanço sobre as técnicas de otimização para a resolução do problema inverso, em sua formulaçãobidimensional. Paratal, épropostaumametaheurísticaqueauxiliamétodosde buscanaobtençãodevaloresmaisacurados. Estametaheurísticaéapresentadaemversões sequencial e paralela. São apresentados resultados computacionais de testes realizados para este primeiro nível. Em um segundo nível, é feita a modelagem em três dimensões das mesmas abordagens já encontradas na literatura, que, para a aplicação específica da determinação da FE, até então estão limitadas a modelos bidimensionais. Assim, todo o problema é revisto para uma nova proposta de modelagem, que inclui a criação de modelos geométricos tridimensionais para as regiões de interesse do problema. Como principal contribuição do trabalho neste segundo nível, encontra-se um esquema de parametrização das malhas de polígonos que modelam ventrículos do coração, de forma que se tenha uma maneira compacta de representar as mesmas e, ao mesmo tempo, diminuindo o custo computacional do método de otimização por meio de drástica redução do número de variáveis do problema. Por fim, também é realizado um estudo preliminar da sensibilidade da técnica à presença de ruídos nos dados de entrada.