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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9TZHLT| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Identificação dos estados de alerta e sonolência usando Teste F Espectral aplicado a sinais pupilométricos |
| Authors: | Valciene Caroline Goncalves Soares |
| First Advisor: | Danilo Barbosa Melges |
| First Co-advisor: | Carlos Julio Tierra Criollo |
| First Referee: | John Kennedy Schettino de Souza |
| Second Referee: | Murilo Eugenio Duarte Gomes |
| Third Referee: | Sady Antonio dos Santos Filho |
| Abstract: | O uso da pupilometria tem sido reportado em vários estudos como sendo um método alternativo aos atuais exames complexos e caros para avaliação de sonolência. Este exame baseia-se na análise do pupilograma que corresponde ao registro do diâmetro pupilar ao longo do tempo (Série Temporal do Diâmetro Pupilar - STDP). Devido às características do seu comportamento em diferentes condições de privação de sono, é possível empregar a STDP como medida fisiológica objetiva de estado de alerta. Durante a sonolência, o diâmetro pupilar tende a diminuir e a potência das oscilações de baixa frequência a aumentar. Assim, a proposta deste trabalho foi investigar a capacidade do Teste F espectral (TFE), técnica estatística de processamento de sinais no domínio da frequência, na diferenciação de estados de alerta e sonolência. Para tanto, sinais pupilométricos foram coletados (em parceria com o Departamento de Psicobiologia da UNIFESP) de 13 voluntários em sessões de 10 minutos, a cada 4 horas, durante um período de 36 horas de privação de sono, resultando em 10 sessões de STDP para cada indivíduo. As potências das STDP foram calculadas a partir do Periodograma de Welch e comparadas com a potência da primeira sessão (obtida às 8:00 h do primeiro dia de coleta após uma noite normal de sono), considerada referência de estado de alerta. Para análise inter-sessão, avaliou-se o percentual de voluntários para os quais houve aumento de potência nas sessões de análise (sessões 2 a 10) em relação à potência na referência (sessão 1). Posteriormente, estabeleceuse a faixa de frequência mais adequada para diferenciar os estados de sonolência e alerta comparando-se a potência mediana nas sessões de análise com a da sessão de referência por meio do teste de Wilcoxon pareado para frequências até 0,8 Hz. Além do estudo inter-sessão, foi realizada uma investigação intra-sessão para avaliar a evolução temporal do TFE, calculando-se três estimativas de TFE para uma mesma sessão de 10 minutos. Os resultados da análise inter-sessão mostraram que a partir da sessão 7 ocorreram os maiores percentuais de voluntários para os quais a potência foi estatisticamente maior que na sessão 1, com taxas acima de 90% para a maioria das frequências abaixo de 0,2 Hz. O teste de Wilcoxon evidenciou diferenças estatísticas entre potências medianas (p0,001), obtidas para sessões a partir da sétima e frequências abaixo de 0,2 Hz. Na análise da evolução temporal, o percentual de voluntários para os quais houve diferença estatística em cada uma das sessões comparadas à primeira para a frequência de 0,0439 Hz (dentro da faixa de melhor diferenciação entre condições) não evidenciou nenhum padrão consistente de alteração de estado de alerta/sonolência para a casuística como um todo. Assim, os resultados sugerem o uso do Teste F Espectral (TFE) como técnica para diferenciar os estados de alerta e sonolência para períodos de privação de sono. |
| Abstract: | The use of pupillometry has been reported in several studies as an alternative method to current complex and expensive exams for sleepiness evaluation. This exam is based on the analysis of pupillogram which consists of recording pupil diameter variation (Time Serie of Pupil Diameter - TSPD). Due to its behavior at different conditions of sleep deprivation, the TSPD has been suggested as objective physiological measure for assessing the alertness level of an individual. During drowsiness, pupil diameter tends to decrease and the power of low frequency oscillations increases. Thus, this work aims at investigating the ability of Spectral F-Test (SFT), a frequency-domain statistical signal processing technique, to differentiate alertness and sleepiness states. For this purpose, pupillometric signals were recorded in the Psychobiology Department of UNIFESP) from 13 volunteers in 10 minutes-sessions every 4 hours, for a 36 hours-period of sleep deprivation, resulting in 10 TSPD records. The power of TSPD were calculated based on Welch Periodogram and compared with the first session power (obtained at 8 am of the first recording day after a normal night of sleep), considered as alertness reference. For inter-session analysis, the percentage of volunteers for whom the power of TSPD analysis (sessions 2-10) increased compared to the power of TSPD reference (session 1) was investigated. Then, the most suitable frequency range to differentiate the sleepiness and alertness states was established comparing the median power of TSPD in the analysis sessions with the reference by means of the Wilcoxon signed-rank test for frequencies up to 0.8 Hz. Besides of inter-session study, an intra-session investigation was performed to evaluate SFT time evolution, calculating three SFT estimates for the same 10 minutes-session. The inter-session analysis results showed that from session 7 onwards occurred the highest percentages of volunteers for whom the power was statistically higher than in session 1, with rates above 90 % for the most frequencies below 0.2 Hz. The Wilcoxon test showed statistical differences between median powers (p0.001), obtained from the seventh session and frequencies below 0.2 Hz. Hence, the results suggest the use of the Spectral F-Test (SFT) as a technique to differentiate the states of alertness and sleepiness during periods of sleep deprivation. For the time evolution analysis, the percentage of subjects for whom there were statistical difference for each session compared with the first for the frequency 0.0439 Hz ( within the range of better differentiating between conditions) did not show any consistent pattern of changes in alertness / drowsiness state for the whole casuistry. |
| Subject: | Engenharia elétrica Pupilometria |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9TZHLT |
| Issue Date: | 4-Jun-2014 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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