Docs · Methodology

Metodologia das simulações

Simulation methodology

Modelos, equações, parâmetros e procedimento de validação cruzada que sustentam as 6 demonstrações.

Models, equations, parameters, and cross-validation procedure underlying the 6 demonstrations.

1 · Modelo Cole-Cole

1 · Cole-Cole model

Impedância tecidual em função da frequência:

Tissue impedance as a function of frequency:

Z(ω) = R∞ + (R₀ − R∞) / (1 + (jω·τ)^α)

Onde R₀ = resistência CC (caminho extracelular), R∞ = alta frequência (extra + intracelular em paralelo), τ = 1/(2π·fc), e α ∈ [0.5, 0.85] = heterogeneidade tecidual.

Where R₀ = DC resistance (extracellular), R∞ = high frequency (extra + intracellular in parallel), τ = 1/(2π·fc), and α ∈ [0.5, 0.85] = tissue heterogeneity.

Valores característicos (módulos 01–02)

Characteristic values (modules 01–02)

Segmento	Segment	R₀ (Ω)	R∞ (Ω)	fc (kHz)	α
Corpo inteiro	Whole body	618	453	98.4	0.76
Braço direito	Right arm	215	180	104.2	0.78
Braço esquerdo	Left arm	222	186	101.8	0.77
Tronco · derivado	Trunk · derived	28	21	89.0	0.72
Perna direita	Right leg	88	72	96.5	0.75
Perna esquerda	Left leg	91	74	97.2	0.74
Tronco direto · ICG	Direct trunk · ICG	25	19	92.5	0.72
Abdominal	Abdominal	18	14	85.0	0.70

Parâmetros calibrados contra medições em adulto eutrófico (homem, 32 anos, IMC 23.5), validados contra InBody 770. Variabilidade entre sujeitos: ±15% em R₀, ±8% em fc.

Parameters calibrated against measurements on eutrophic adult (male, 32 yr, BMI 23.5), validated against InBody 770. Between-subject variability: ±15% in R₀, ±8% in fc.

2 · Tetrapolar e impedância de contato

2 · Tetrapolar and contact impedance

A configuração tetrapolar separa eletrodos de injeção (distais) dos de medição (proximais):

Tetrapolar configuration separates injection electrodes (distal) from measurement (proximal):

Z_seg = V_medido / I_injetada

Em bipolar, a impedância de contato eletrodo–pele (~50–500 Ω) domina a medição:

In bipolar, electrode–skin contact impedance (~50–500 Ω) dominates the measurement:

Configuração	Configuration	Erro relativo	Relative error
Bipolar	~1000%
Tetrapolar	< 0.1%

3 · Modulação respiratória e cardíaca (módulos 04–06)

3 · Respiratory and cardiac modulation (modules 04–06)

Z(t) = Z₀ + ΔZ_resp · ψ_resp(t; RR, I:E) + ΔZ_card · ψ_card(t; HR) + n(t)

ψ_resp · onda assimétrica com tempo inspiratório t_I = 1/(1+I:E)
ψ_resp · asymmetric wave with inspiratory time t_I = 1/(1+I:E)
ψ_card · bi-gaussiana: pico sistólico (μ=0.13, σ=0.085) e onda dicrótica (μ=0.42, σ=0.10, amp −0.28)
ψ_card · bi-Gaussian: systolic peak (μ=0.13, σ=0.085) and dicrotic wave (μ=0.42, σ=0.10, amp −0.28)
n(t) · ruído branco + linha 60 Hz + drift 0.025 Hz
n(t) · white noise + 60 Hz line + 0.025 Hz drift

Parâmetros por modo

Parameters per mode

Modo	Mode	RR	I:E	ΔZ_resp	HR	ΔZ_card
Calma	Quiet	14	1:1.5	1.20	72	0.10
Profunda	Deep	8	1:2.0	3.50	78	0.12
Taquipneia	Tachypnea	28	1:1.0	0.60	110	0.13
Apneia	Apnea	0	—	0	68	0.10

4 · Pipeline IIR de decomposição

4 · IIR decomposition pipeline

LP RC 1ª ordem:

1st order RC LP:

y[n] = y[n−1] + α·(x[n] − y[n−1]) ; α = Δt / (RC + Δt) ; RC = 1/(2π·fc)

HP RC 1ª ordem:

1st order RC HP:

y[n] = α·(y[n−1] + x[n] − x[n−1]) ; α = RC / (RC + Δt)

Canal respiratório = LP 0.5 Hz cascateado 2× (2ª ordem). Canal cardíaco = HP 0.7 Hz + LP 4 Hz. FS = 50 Hz.

Respiratory channel = LP 0.5 Hz cascaded 2× (2nd order). Cardiac channel = HP 0.7 Hz + LP 4 Hz. FS = 50 Hz.

5 · Detecção de picos

5 · Peak detection

Lookahead de 2 amostras + espaçamento mínimo (1.4 s respiratório, 0.4 s cardíaco) + limite relativo (55% pico-a-pico). Estimação:

2-sample lookahead + minimum spacing (1.4 s respiratory, 0.4 s cardiac) + relative threshold (55% peak-to-peak). Estimation:

f = 60 / mean(intervals_last6)

Quando a amplitude pico-a-pico cai abaixo de 0.25 Ω (respiratório) ou 0.04 Ω (cardíaco), retorna null — opera como detector de apneia automático.

When peak-to-peak amplitude drops below 0.25 Ω (respiratory) or 0.04 Ω (cardiac), returns null — operates as automatic apnea detector.

6 · Fusão multissensor (módulo 03)

6 · Multi-sensor fusion (module 03)

EE [kcal/min] = BMR + α · EE_HR(HR) + β · EE_acc(|a|)

EE_HR = max(0, (HR − 65) · 0.055) ; EE_acc = max(0, |a| − 0.15) · 0.45

BMR = 1.05 kcal/min (adulto eutrófico em repouso), α = 0.55, β = 0.45. Coeficientes placeholder calibrados a literatura agregada; validação clínica requer calorimetria indireta sujeito-específica.

BMR = 1.05 kcal/min (eutrophic adult at rest), α = 0.55, β = 0.45. Placeholder coefficients calibrated to aggregated literature; clinical validation requires subject-specific indirect calorimetry.

7 · Procedimento de validação cruzada (módulo 06)

7 · Cross-validation procedure (module 06)

Geração de registro sintético com fisiologia conhecida (ground truth), incluindo artefatos calibrados estatisticamente a MIMIC-III Waveform e WESAD.
Synthetic recording generation with known physiology (ground truth), including artifacts calibrated statistically to MIMIC-III Waveform and WESAD.
Reprodução a 50 Hz alimentando o pipeline IIR.
50 Hz playback feeding the IIR pipeline.
Estimação por quadro de FR e FC a partir da janela móvel de 600 amostras (12 s).
Per-frame RR and HR estimation from 600-sample sliding window (12 s).
Δ = estimado − truth a cada quadro; MAE acumulado.
Δ = estimated − truth per frame; MAE accumulated.
Reset por loop para evitar contaminação entre ciclos.
Reset per loop to avoid contamination between cycles.

Migração para dados reais · substitui-se a função genRecording(segs) por um carregador EDF/CSV. Pipeline, métricas e visualização permanecem.

Migration to real data · replace genRecording(segs) with an EDF/CSV loader. Pipeline, metrics, and visualization persist.