Elastografia em imagens de ultrassom utilizando elementos de contorno.

Este trabalho apresenta uma nova metodologia para elastografia virtual em imagens simuladas de ultrassom utilizando métodos numéricos e métodos de visão computacional. O objetivo é estimar o módulo de elasticidade de diferentes tecidos tendo como entrada duas imagens da mesma seção transversal obtidas em instantes de tempo e pressões aplicadas diferentes. Esta metodologia consiste em calcular um campo de deslocamento das imagens com um método de fluxo óptico e aplicar um método iterativo para estimar os módulos de elasticidade (análise inversa) utilizando métodos numéricos. Para o cálculo dos deslocamentos, duas formulações são utilizadas para fluxo óptico: Lucas-Kanade e Brox. A análise inversa é realizada utilizando duas técnicas numéricas distintas: o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método dos Elementos de Contorno (MEC), sendo ambos implementados em Unidades de Processamento Gráfico de uso geral, GpGPUs ( \"General Purpose Graphics Units\" ). Considerando uma quantidade qualquer de materiais a serem determinados, para a implementação do Método dos Elementos de Contorno é empregada a técnica de sub-regiões para acoplar as matrizes de diferentes estruturas identificadas na imagem. O processo de otimização utilizado para determinar as constantes elásticas é realizado de forma semi-analítica utilizando cálculo por variáveis complexas. A metodologia é testada em três etapas distintas, com simulações sem ruído, simulações com adição de ruído branco gaussiano e phantoms matemáticos utilizando rastreamento de ruído speckle. Os resultados das simulações apontam o uso do MEF como mais preciso, porém computacionalmente mais caro, enquanto o MEC apresenta erros toleráveis e maior velocidade no tempo de processamento.

Determinação do contorno pulmonar orientado em sequências temporais de imagens de RM pela transformada de Hough.

O estudo do movimento pulmonar é assunto de grande interesse na área médica. A observação direta do mesmo é inviável, uma vez que o pulmão colapsa quando a caixa torácica é aberta. Dentre os meios de observação indireta, escolheu-se o imageamento por ressonância magnética em respiração livre e sem uso de nenhum gás para melhorar o contraste ou qualquer informação de sincronismo. Esta escolha propõe diversos desafios, como: a superar a alta variação na qualidade das imagens, que é baixa, em geral, e a suscetibilidade a artefatos, entre outras limitações a serem superadas. Imagens de Tomografia Computadorizada apresentam melhor qualidade e menor tempo de aquisição, mas expõem o paciente a níveis consideráveis de radiação ionizante. É apresentada uma metodologia para segmentação do pulmão, produzindo um conjunto de pontos coordenados. Isto é feito através do processamento temporal da sequência de imagens de RM. Este processamento consiste nas seguintes etapas: geração de imagens temporais (2DSTI), transformada de Hough modificada, algoritmo de contornos ativos e geração de silhueta. A partir de um dado ponto, denominado centro de rotação, são geradas diversas imagens temporais com orientações variadas. É proposta uma formulação modificada da transformada de Hough para determinar curvas parametrizadas que sejam síncronas ao movimento diafragmático, chamados movimentos respiratórios. Também são utilizadas máscaras para delimitar o domínio de aplicação da transformada de Hough. São obtidos movimentos respiratórios que são suavizados pelo algoritmo de contornos ativos e, assim, permitem a geração de contornos para cada quadro pertencente a sequência e, portanto, de uma silhueta do pulmão para cada sequência.

Reconstrução facial forense: comparação entre tabelas de espessuras de tecidos moles faciais

As Ciências Forenses empregam a técnica de Reconstrução Facial buscando aumentar as possibilidades de reconhecimento humano. Após análise antropológica, a face é esculpida sobre o crânio esqueletizado e divulgada na mídia. Existem várias metodologias para a modelagem do rosto e das características da face, bem como vários dados de espessuras de tecidos moles que auxiliam no contorno facial. Com o intuito de investigar se existe uma metodologia que favoreça mais reconhecimentos e que permita uma maior semelhança com o indivíduo, este trabalho buscou comparar reconstruções faciais manuais feitas com duas abordagens para o preenchimento dos tecidos moles (métodos Americano e de Manchester) e para a predição dos olhos, nariz, boca e orelhas. Também buscou comparar reconstruções realizadas com quatro tabelas de espessuras de tecidos moles, desenvolvidas para brasileiros por estudos prévios, observando a possibilidade de unir esses dados para auxiliar na reconstrução. Um quarto objetivo foi averiguar se existe influência do sexo e do conhecimento anatômico ou forense na frequência de reconhecimentos. O estudo foi dividido em duas fases. Na primeira, duas reconstruções foram realizadas para dois indivíduos alvos (um homem e uma mulher) com os métodos Americano e de Manchester, aplicando dois guias para olhos, nariz, boca e orelhas. As reconstruções foram avaliadas por quarenta indivíduos (homens e mulheres, divididos em 4 grupos - alunos de graduação em Odontologia que não passaram pela disciplina de Odontologia Legal, alunos de graduação em Odontologia que passaram pela disciplina, especialistas em Odontologia Legal e indivíduos que não possuíam conhecimento de anatomia humana) por meio dos testes de reconhecimento e semelhança. Para o alvo feminino, as frequências de reconhecimentos foram 20% e 10% para os métodos Americano e de Manchester, respectivamente; para o alvo masculino, as frequências foram 35% e 17,5%. Em relação à semelhança, as medianas foram menores que 3 (em uma escala de 1 a 5); entretanto, foi verificada uma exceção para a escultura feita com o método Americano para o alvo masculino, a qual apresentou mediana 3. Na segunda fase, reconstruções faciais para quatro alvos (dois homens e duas mulheres) foram obtidas com o método Americano, considerando as quatro tabelas de espessuras de tecidos moles para brasileiros. Dezesseis reconstruções foram avaliadas por cento e vinte indivíduos, também pelos testes de reconhecimento e semelhança. Assim como na fase I, foram considerados o sexo e o grupo dos avaliadores. Para o alvo 1, as proporções de acertos são significativamente maiores para reconstruções feitas com as tabelas de cadáveres (44% e 38%) em relação às com os dados de exames de imagem. Para o alvo 4, as proporções de acertos com os dados de cadáveres (Tedeschi-Oliveira et al.) e com os de ressonância magnética foram significativamente maiores comparados às reconstruções com dados de tomografias computadorizadas. Em relação à semelhança, somente o alvo 1 mostrou diferenças significativas de frequências de semelhança leve entre reconstruções. Além disso, não houve influência nem do sexo, nem do conhecimento de anatomia nas frequências de reconhecimentos corretos. Espera-se que a tabela proposta possa ser empregada para a população brasileira.

Avaliação em 3D da cabeça da mandíbula em crianças portadoras de mordida cruzada posterior unilateral por meio de tomografia computadorizada de feixe cônico

Durante o desenvolvimento da oclusão, a instalação de maloclusões podem resultar em desarmonias dento faciais de natureza e severidade diversas, podendo provocar alterações no desenvolvimento crânio facial, dentre as estruturas envolvidas as Articulações Temporo Mandibulares (ATM), podem sofrer alguma influência, dessa forma a avaliação desta região, no aspecto morfológico e funcional, constituí tema de interesse, sempre que levados em conta os aspectos funcionais da oclusão. A relação entre a forma e a função, tanto das cabeças da mandíbula, bem como o contorno da fossa mandibular com as maloclusões ainda é controversa e não está compreendida por completo, porém a literatura sobre o assunto, demonstra correlação entre a instalação de maloclusões e modificações neste sistema, mesmo que algumas alterações não sejam de ordem estatística e em amostras de indivíduos em tenra idade, as mesmas podem comprometer o desenvolvimento adequado em indivíduos adultos ou mesmo adultos jovens. Tendo como propósito nesse estudo a avaliação das cabeças da mandíbula quanto ao volume e superficíe dos lados direito e esquerdo, cruzado e não cruzado, a amostra selecionada foi de 20 indivíduos com mordida cruzada posterior unilateral, com idades entre 06 e 09 anos de idade, utilizando imagens de tomografia computadorizada por feixe cônico, imagens obtidas por um equipamento modelo i- Cat, sendo utilizado na reformatação e manipulação das imagens o programa computacional - NemoCeph 3D® versão 11.5. Nas medições propostas para esse estudo, utilizou-se o teste t pareado de Student para amostras com distribuição normal. Na observação das tabelas e seus respectivos gráficos, podemos verificar que na comparação entre os lados direito e esquerdo, e cruzado e não cruzado das cabeças da mandíbula, com relação ao volume e superfície, existem diferenças numéricas entre elas, porém não pode ser observado diferenças estatísticas significantes, nessa amostra especifica com a metodologia empregada para esse estudo. Assim foi possível concluir que nas Mordidas Cruzadas Posteriores Unilaterais as cabeças da mandíbula tanto em seu volume como em sua superfície não apresentaram diferenças estatisticamente significantes na amostra estudada.

Equações de onda generalizadas e quantização funtorial para teorias de campo escalar livre

Nesta dissertação apresentamos um método de quantização matemática e conceitualmente rigoroso para o campo escalar livre de interações. Trazemos de início alguns aspéctos importantes da Teoria de Distribuições e colocamos alguns pontos de geometria Lorentziana. O restante do trabalho é dividido em duas partes: na primeira, estudamos equações de onda em variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e apresentamos o conceito de soluções fundamentais no contexto de equações locais. Em seguida, progressivamente construímos soluções fundamentais para o operador de onda a partir da distribuição de Riesz. Uma vez estabelecida uma solução para a equação de onda em uma vizinhança de um ponto da variedade, tratamos de construir uma solução global a partir da extensão do problema de Cauchy a toda a variedade, donde as soluções fundamentais dão lugar aos operadores de Green a partir da introdução de uma condição de contorno. Na última parte do trabalho, apresentamos um mínimo da Teoria de Categorias e Funtores para utilizar esse formalismo na contrução de um funtor de segunda quantização entre a categoria de variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e a categoria de redes de álgebras C* satisfazendo os axiomas de Haag-Kastler. Ao fim, retomamos o caso particular do campo escalar quântico livre.

Método da propagação de feixe de ângulo largo para análise de guias de ondas ópticos não-lineares

Este trabalho propõe uma extensão do método de propagação de feixe (BPM - Beam Propagation Method) para a análise de guias de ondas ópticos e acopladores baseados em materiais não-lineares do tipo Kerr. Este método se destina à investigação de estruturas onde a utilização da equação escalar de Helmholtz (EEH) em seu limite paraxial não mais se aplica. Os métodos desenvolvidos para este fim são denominados na literatura como métodos de propagação de feixe de ângulo largo. O formalismo aqui desenvolvido é baseado na técnica das diferenças finitas e nos esquemas de Crank-Nicholson (CN) e Douglas generalizado (GD). Estes esquemas apresentam como característica o fato de apresentarem um erro de truncamento em relação ao passo de discretização transversal, Δx, proporcional a O(Δx2) para o primeiro e O(Δx4). A convergência do método em ambos esquemas é otimizada pela utilização de um algoritmo interativo para a correção do campo no meio não-linear. O formalismo de ângulo largo é obtido pela expansão da EEH para os esquemas CN e GD em termos de polinômios aproximantes de Padé de ordem (1,0) e (1,1) para CN e GD, e (2,2) e (3,3) para CN. Os aproximantes de ordem superior a (1,1) apresentam sérios problemas de estabilidade. Este problema é eliminado pela rotação dos aproximantes no plano complexo. Duas condições de contorno nos extremos da janela computacional são também investigadas: 1) (TBC - Transparent Boundary Condition) e 2) condição de contorno absorvente (TAB - Transparent Absorbing Boundary). Estas condições de contorno possuem a facilidade de evitar que reflexões indesejáveis sejam transmitidas para dentro da janela computacional. Um estudo comparativo da influência destas condições de contorno na solução de guias de ondas ópticos não-lineares é também abordada neste trabalho.

Confiabilidade aplicada ao problema de interação estaca-solo.

Este trabalho busca aplicar técnicas de confiabilidade ao problema de grupo de estacas utilizadas como fundação de estruturas correntes. Para isso, lança-se mão de um modelo tridimensional de interação estaca-solo onde estão presentes o Método dos Elementos de Contorno (MEC) e o método dos Elementos Finitos (MEF) que atuam de forma acoplada. O MEC, com as soluções fundamentais de Mindlin (meio semi-infinito, homogêneo, isotrópico e elástico-linear é utiliza), é utilizado para modelar o solo. Já o MEF é utilizado para modelar as estacas. Definido o modelo de funcionamento estrutural das estacas, parte-se para a aplicação de métodos trazidos da confiabilidade estrutural para avaliação da adequabilidade em relação aos estados limite de serviço e estados limites últimos. Os métodos de confiabilidade utilizados foram o Método de Monte Carlo, o método FOSM (First-Order Second-Moment) e o método FORM (First-Order Reliability Method).

Certificação da sustentabilidade de edifícios de escritórios corporativos no Brasil.

O crescimento industrial, comercial e de serviços traz para as sociedades mais evoluídas uma série de benefícios, como o desenvolvimento econômico e o crescimento populacional, aliados a maiores oportunidades de emprego e renda. Entretanto, pela falta de uma consciência mais apurada sobre os possíveis impactos negativos de ritmo acelerado de crescimento, acaba-se verificando uma série de problemas sociais e, sobretudo, ambientais. Em razão disso, nos últimos anos, constata-se a preocupação de alguns setores da sociedade na busca do desenvolvimento fundamentado em práticas mais sustentáveis. Isso não tem sido diferente no setor da construção civil. A preocupação com a sustentabilidade nos empreendimentos é tema e foco de diversos eventos, tanto no meio acadêmico, como no profissional e governamental. Particularmente, o segmento de mercado de EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS CORPORATIVOS tem sido alvo de pressão para o uso de práticas mais sustentáveis em todo o seu ciclo de vida, desde sua concepção, projeto, implantação e operação até a sua revitalização. Para aferir a sustentabilidade dos EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS CORPORATIVOS, muitas empresas do setor buscam certificações de origem estrangeira, que possuem certas limitações em sua aplicabilidade no Brasil, as quais são discutidas neste trabalho. Neste contexto, esta tese visa à construção da CERTIFICAÇÃO DA SUSTENTABILIDADE DE EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS CORPORATIVOS no Brasil, que é oportuna e necessária para tratar das condições de contorno e de realidade nacional. Para isso, foram realizados: [i] levantamento do estado da arte deste tema; [ii] construção da MATRIZ DE ATRIBUTOS para a avaliação da sustentabilidade dos EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS CORPORATIVOS; [iii] entrevistas com formadores de opinião deste segmento do mercado imobiliário; [iv] visitas em EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS CORPORATIVOS relevantes para as arbitragens iniciais; [v] a construção dos procedimentos, regras e rotina, com testes de validação e calibragem do SISTEMA PARA CLASSIFICAÇÃO.

Maciços alcalinos do Itatiaia e de Passa Quatro (sudeste do Brasil): contribuição à Geologia e Petrologia

Neste trabalho são apresentados os resultados de estudo geológico-petrográfico da província alcalina Itatiaia-Passa Quatro, localizada na Serra da Mantiqueira, nos limites dos Estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo. Esta região já foi mencionada como exemplo de uma das maiores ocorrências de rochas sieníticas, com área de aproximadamente 1.300 km2, conforme estimativa de Lamego 45. De acordo com os dados do mapa geológico elaborado durante as nossas pesquisas a área de rochas alcalinas é estimada em 330 km2, correspondendo a menos da metade da extensão do maciço alcalino de Poços de Caldas, Minas Gerais. Do total desta área, o maciço do Itatiaia compreende 220 km2 e o Passa Quatro 110 km2. Ambos os corpos de rochas alcalinas são de contorno elíptico, sendo que o do Itatiaia tem seu maior eixo, com 31 km, na direção NW-SE e o menor, com 12 km, na direção NE-SW. O maciço de Passa Quatro possui o maior eixo na direção NE-SW e o menor na direção NW-SE, respectivamente com 17 e com 8 km de extensão. O complexo alcalino do Itatiaia é formado de sienitos, foiaítos, quartzo-sienitos e brechas. A existência dos diferentes tipos petrográficos é mais uma consequência da distribuição dos minerais em proporções variáveis, bem como de modificações na textura, do que das diferenças mineralógicas. Principalmente na área do planalto, onde afloram os quartzo-sienitos, há uma transição gradual de rochas saturadas e supersaturadas. Assim é que os teores de quartzo aumentam gradativamente de 2% nos quartzo sienitos em contato com as brechas, a mais de 5% nos nordmarkitos, e atingem o máximo de 27,5% no granito alcalino que aflora na parte central do maciço. Os quartzo-sienitos que afloram mais ou menos na região central do maciço alcalino, devem representar a fase final da diferenciação magmática. A textura granofirítica, frequente nos quartzo-sienitos e no granito alcalino do Itatiaia, ) sugerem cristalização final em cúpula de sistema fechado. O contato das rochas sieníticas, na maior parte da área, é com gnaisses pré-cambrianos, com orientação predominante N-NE, mergulhando para o sul. A sudeste, o maciço do Itatiaia está em contato pouco nítido com sedimentos clásticos pertencentes à bacia terciária (?) de Resende e com talus mais recentes que possivelmente recobrem rochas do embasamento cristalino. As brechas magmáticas do Itatiaia mostram variações quanto à natureza, forma e dimensões dos fragmentos, quanto à relação quantitativa matriz-fragmentos e consequentemente quanto à cor. Além das brechas magmáticas, em algumas zonas ocorrem brechas monolitológicas de origem tectônica. Para a gênese das rochas alcalinas é admitida uma provável diferenciação a partir do magma basáltico, responsável pela grande atividade vulcânica do Mesozóico, que se estendeu sobre enorme área ao sul do continente. Por outro lado, é também ressaltada a importância do ambiente tectônico nestes eventos. Os halos pleocróicos evidenciados em cristais de biotita de alguns dos sienitos e foiaítos do Itatiaia, possivelmente se originaram em biotita primariamente ligada ao magma alcalino. Na província alcalina Itatiaia-Passa Quatro há ocorrências de bauxito, algumas das quais já em exploração como fonte de matéria prima para a produção de sulfato de alumínio.

Modelo computacional para avaliação do desempenho hidrodinâmico de embarcações de planeio em águas calmas.

Em geral, uma embarcação de planeio é projetada para atingir elevados níveis de velocidade. Esse atributo de desempenho está diretamente relacionado ao porte da embarcação e à potência instalada em sua planta propulsiva. Tradicionalmente, durante o projeto de uma embarcação, as análises de desempenho são realizadas através de resultados de embarcações já existentes, retirados de séries sistemáticas ou de embarcações já desenvolvidas pelo estaleiro e/ou projetista. Além disso, a determinação dos atributos de desempenho pode ser feita através de métodos empíricos e/ou estatísticos, onde a embarcação é representada através de seus parâmetros geométricos principais; ou a partir de testes em modelos em escala reduzida ou protótipos. No caso específico de embarcações de planeio, o custo dos testes em escala reduzida é muito elevado em relação ao custo de projeto. Isso faz com que a maioria dos projetistas não opte por ensaios experimentais das novas embarcações em desenvolvimento. Ao longo dos últimos anos, o método de Savitsky foi largamente utilizado para se realizar estimativas de potência instalada de uma embarcação de planeio. Esse método utiliza um conjunto de equações semi-empíricas para determinar os esforços atuantes na embarcação, a partir dos quais é possível determinar a posição de equilíbrio de operação e a força propulsora necessária para navegar em uma dada velocidade. O método de Savitsky é muito utilizado nas fases iniciais de projeto, onde a geometria do casco ainda não foi totalmente definida, pois utiliza apenas as características geométricas principais da embarcação para realização das estimativas de esforços. À medida que se avança nas etapas de projeto, aumenta o detalhamento necessário das estimativas de desempenho. Para a realização, por exemplo, do projeto estrutural é necessária uma estimativa do campo de pressão atuante no fundo do casco, o qual não pode ser determinado pelo método de Savitsky. O método computacional implementado nesta dissertação, tem o objetivo de determinar as características do escoamento e o campo de pressão atuante no casco de uma embarcação de planeio navegando em águas calmas. O escoamento é determinado através de um problema de valor de contorno, no qual a superfície molhada no casco é considerada um corpo esbelto. Devido ao uso da teoria de corpo esbelto o problema pode ser tratado, separadamente, em cada seção, onde as condições de contorno são forçadamente respeitadas através de uma distribuição de vórtices.

On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems.

The present thesis is focused on the development of a thorough mathematical modelling and computational solution framework aimed at the numerical simulation of journal and sliding bearing systems operating under a wide range of lubrication regimes (mixed, elastohydrodynamic and full film lubrication regimes) and working conditions (static, quasi-static and transient conditions). The fluid flow effects have been considered in terms of the Isothermal Generalized Equation of the Mechanics of the Viscous Thin Films (Reynolds equation), along with the massconserving p-Ø Elrod-Adams cavitation model that accordingly ensures the so-called JFO complementary boundary conditions for fluid film rupture. The variation of the lubricant rheological properties due to the viscous-pressure (Barus and Roelands equations), viscous-shear-thinning (Eyring and Carreau-Yasuda equations) and density-pressure (Dowson-Higginson equation) relationships have also been taken into account in the overall modelling. Generic models have been derived for the aforementioned bearing components in order to enable their applications in general multibody dynamic systems (MDS), and by including the effects of angular misalignments, superficial geometric defects (form/waviness deviations, EHL deformations, etc.) and axial motion. The bearing exibility (conformal EHL) has been incorporated by means of FEM model reduction (or condensation) techniques. The macroscopic in fluence of the mixedlubrication phenomena have been included into the modelling by the stochastic Patir and Cheng average ow model and the Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp formulations for rough contacts. Furthermore, a deterministic mixed-lubrication model with inter-asperity cavitation has also been proposed for full-scale simulations in the microscopic (roughness) level. According to the extensive mathematical modelling background established, three significant contributions have been accomplished. Firstly, a general numerical solution for the Reynolds lubrication equation with the mass-conserving p - Ø cavitation model has been developed based on the hybridtype Element-Based Finite Volume Method (EbFVM). This new solution scheme allows solving lubrication problems with complex geometries to be discretized by unstructured grids. The numerical method was validated in agreement with several example cases from the literature, and further used in numerical experiments to explore its exibility in coping with irregular meshes for reducing the number of nodes required in the solution of textured sliding bearings. Secondly, novel robust partitioned techniques, namely: Fixed Point Gauss-Seidel Method (PGMF), Point Gauss-Seidel Method with Aitken Acceleration (PGMA) and Interface Quasi-Newton Method with Inverse Jacobian from Least-Squares approximation (IQN-ILS), commonly adopted for solving uid-structure interaction problems have been introduced in the context of tribological simulations, particularly for the coupled calculation of dynamic conformal EHL contacts. The performance of such partitioned methods was evaluated according to simulations of dynamically loaded connecting-rod big-end bearings of both heavy-duty and high-speed engines. Finally, the proposed deterministic mixed-lubrication modelling was applied to investigate the in fluence of the cylinder liner wear after a 100h dynamometer engine test on the hydrodynamic pressure generation and friction of Twin-Land Oil Control Rings.