Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/11422/25837

Tipo: Tese
Título: Analysis of cardiac rhythms using a dynamics perspective: nonlinearities, randomnesses and chaos
Autor(es)/Inventor(es): Melo, Augusto Luiz Cheffer de
Orientador: Savi, Marcelo Amorim
Resumo: Os ritmos biológicos são fundamentais para a compreensão do funcionamento fisiológico dos organismos, sendo úteis na prevenção e tratamento de doenças. O ritmo cardíaco é um exemplo notável de biorritmos, sendo tratado neste trabalho pela avaliação da atividade elétrica do coração, registrada pelo eletrocardiograma (ECG). Um modelo matemático composto por três osciladores não lineares acoplados com defasagem temporal é empregado para a descrição do sistema cardíaco. Simulações numéricas fornecem ECGs sintéticos, que reproduzem uma grande variedade de respostas cardíacas, incluindo comportamentos normais e patológicos. Nesse sentido, a modelagem matemática pode ser útil para destacar tipos distintos de comportamentos, o que pode ser interessante para aplicações clínicas. Ainda, as simulações numéricas são comparadas com ECGs experimentais. Além disso, situações determinísticas e não determinísticas são tratadas mostrando a possibilidade da combinação de aspectos não lineares e aleatórios para definir a complexidade dos ritmos cardíacos. Aspectos não determinísticos são incorporados considerando conexões aleatórias entre osciladores. Duas abordagens estocásticas são aplicadas: paramétrica, considerando acoplamentos descritos por variáveis aleatórias; e não paramétrica, por meio da teoria da matrizes aleatórias. Diferentes ferramentas, incluindo mapas de Poincaré, diagramas de bifurcação, histogramas RR e expoentes de Lyapunov são empregados para mostrar possibilidades úteis em eventuais aplicações na identificação, monitoramento e controle de ritmos cardíacos.
Resumo: Biological rhythms are fundamental for the comprehension of the physiological functioning of organisms, being useful in disease prevention and treatments. Cardiac rhythm is a remarkable example of bio-rhythms and is treated in this work by evaluating the electrical activity of the heart based on ECG observations. A mathematical model composed by three nonlinear oscillators coupled by time-delayed connections is employed for cardiac system description. Numerical simulations provide synthetic ECGs and a great variety of cardiac responses, including normal and pathological behaviors, is reproduced. In this regard, mathematical modeling can be useful to highlight distinct kinds of behavior, being interesting for clinical purposes. Also, numerical simulations are compared with experimental ECGs. Besides, deterministic and non-deterministic situations are treated showing the possibility of the combination of nonlinear and random aspects to define the rhythmic complexity. Nondeterministic aspects are incorporated by considering random connections between oscillators. Two stochastic approaches are investigated: parametric, considering couplings described by random variables; and nonparametric, by means of random matrix theory. Different tools including Poincaré maps, bifurcation diagrams, RR histograms and Lyapunov exponents are employed in order to show interesting possibilities that can help in identification, monitoring and controlling cardiac rhythms.
Palavras-chave: Dinâmica não linear
Frequência cardíaca
Processos estocásticos
Modelos matemáticos
Heart rate
Mathematical models
Stochastic processes
Assunto CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Unidade produtora: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Editora: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Data de publicação: Out-2021
País de publicação: Brasil
Idioma da publicação: eng
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Citação: MELO, Augusto Luiz Cheffer de. Analysis of cardiac rhythms using a dynamics perspective: nonlinearities, randomnesses and chaos. 2021. 82 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Aparece nas coleções:Engenharia Mecânica

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