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Type: Tese
Title: HEALFUL - Internet of Health Things platform to monitor Quality of Life
Title in English: HEALFUL - Internet of Health Things platform to monitor Quality of Life
Authors: Oliveira, Pedro Almir Martins de
Advisor: Andrade, Rossana Maria de Castro
Co-advisor: Santos Neto, Pedro de Alcântara dos
Keywords in Brazilian Portuguese : Internet das Coisas Médicas;Qualidade de Vida;Aprendizagem de Máquina
Keywords in English : Internet of Health Things;Quality of Life;Machine Learning inference
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Issue Date: 2023
Citation: OLIVEIRA, Pedro Almir Martins de. HEALFUL - Internet of Health Things platform to monitor Quality of Life. 2023. 172 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: Avanços na Internet das Coisas (IoT), tais como miniaturização de sensores, expansão na capacidade de processamento de dados e aplicação de algoritmos inteligentes têm possibilitado avanços em vários domínios, incluindo a saúde. O termo Internet das Coisas Médicas (IoHT) é usado quando IoT é aplicada na saúde para prover soluções tais como o sensoriamento da Qualidade de Vida (QoL), detecção de quedas em idosos e análise de marcha. Assim, monitorar a Qualidade de Vida das pessoas tem atraído interesse devido aos benefícios associados, por exemplo, detecção de doenças e intervenções preventivas de promoção à saúde. Esses benefícios também possuem impacto individual no bem-estar dos pacientes, impacto econômico ao otimizar a relação custo-benefício dos recursos de saúde e impacto social ao promover melhores condições de vida. No entanto, a maioria dos instrumentos propostos para avaliar QoL são questionários, os quais tendem a ser custosos, invasivos e propensos a erros. Então, este trabalho apresenta uma solução para coleta de dados a partir de dispositivos inteligentes e aplicação de algoritmos de Aprendizagem de Máquina a fim de inferir a Qualidade de Vida dos usuários. Para alcançar essa solução, foi desenvolvida uma plataforma IoHT chamada Healful, a qual foi inspirada no loop de adaptação MAPE-K e fundamentada por duas revisões da literatura. Além disso, um estudo de caso com 44 participantes foi conduzido ao longo de seis meses nos quais dados de saúde foram coletados diariamente por meio de smartphones e dispositivos vestíveis. Esses participantes responderam o questionário WHOQOL-BREF semanalmente e os dados foram processados e compilados em dois datasets com 1.373 instâncias cada. Então, cinco modelos de Aprendizagem de Máquina foram construídos usando a técnica 10-fold cross-validation para estimar a Qualidade de Vida dos participantes. O Random Forest (RF) obteve os melhores resultados considerando a raiz do erro médio quadrático (RMSE). RF obteve um RMSE de 7,8616 para o domínio físico e 7,4591 para o domínio psicológico. Os resultados desta tese mostram que i) é possível usar IoHT para inferir QoL dos usuários, considerando uma margem de erro; ii) RF obteve performance aceitável para este problema, considerando os parâmetros estabelecidos na avaliação; e, iii) não foi encontrado um subconjunto decisivo para esse processo de inferência. Este último resultado reforça que a inferência da Qualidade de Vida usando IoHT não é trivial e apenas a combinação de um grande número de características pode dar insights relevantes para a inferência da Qualidade de Vida dos usuários.
Abstract: Advances in the Internet of Things (IoT), such as sensor miniaturization, efficient communication protocols, expansion in data processing capacity, and application of intelligent algorithms, have made possible advances in several domains, including healthcare. Internet of Health Things (IoHT) is the term used when IoT is applied to healthcare to provide solutions, for example, non-invasive Quality of Life (QoL) sensing, older adults’ fall detection, and gait analysis. Monitoring people’s QoL has attracted interest due to the health benefits of an accurate QoL analysis, such as disease detection and early healthcare interventions. These benefits also have individual impacts by increasing well-being, economic impacts by improving the cost-effectiveness of healthcare resources, and social impacts by promoting better living conditions. Although many instruments for QoL assessment have been proposed, most of them are questionnaires, and their application is time-consuming, intrusive, and error-prone. Based on that and using IoHT, this work proposes to collect data from Smart Devices and apply Machine Learning techniques to infer users’ QoL. To achieve that, an IoHT platform called Healful was developed to monitor users’ QoL. This platform was inspired by the MAPE-K loop and supported by two literature reviews. Also, a case study with 44 participants was conducted for six months, and during this evaluation, health data were collected through smartphones and wearables daily. These participants answered the WHOQOL-BREF questionnaire weekly, and these data were processed and compiled into two datasets with 1,373 instances each. Next, five Machine Learning models were built using 10-fold cross-validation to estimate participants’ QoL. Random Forest (RF) had the best results considering the Root Mean Squared Error (RMSE). RF got an RMSE of 7.8618 for the physical domain and 7.4591 for the psychological domain. The thesis findings showed that: i) it is possible to use IoHT to infer users’ QoL, considering a certain margin of error; ii) RF had a reasonable performance for this problem; and iii) a decisive subset of features for the inference process was not found. This last point reinforces that QoL inference using IoHT is not trivial, and only the combination of a large number of features can give relevant insights into users’ Quality of Life.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75777
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/6208401691376122
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/9576713124661835
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/3452982259415951
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DCOMP - Teses defendidas na UFC

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