Quantifying chaos for ecological stoichiometry

The theory of ecological stoichiometry considers ecological interactions among species with different chemical compositions. Both experimental and theoretical investigations have shown the importance of species composition in the outcome of the population dynamics. A recent study of a theoretical three-species food chain model considering stoichiometry [B. Deng and I. Loladze, Chaos 17, 033108 (2007)] shows that coexistence between two consumers predating on the same prey is possible via chaos. In this work we study the topological and dynamical measures of the chaotic attractors found in such a model under ecological relevant parameters. By using the theory of symbolic dynamics, we first compute the topological entropy associated with unimodal Poincareacute return maps obtained by Deng and Loladze from a dimension reduction. With this measure we numerically prove chaotic competitive coexistence, which is characterized by positive topological entropy and positive Lyapunov exponents, achieved when the first predator reduces its maximum growth rate, as happens at increasing delta(1). However, for higher values of delta(1) the dynamics become again stable due to an asymmetric bubble-like bifurcation scenario. We also show that a decrease in the efficiency of the predator sensitive to prey's quality (increasing parameter zeta) stabilizes the dynamics. Finally, we estimate the fractal dimension of the chaotic attractors for the stoichiometric ecological model.

Mathematical modelling of supercritical CO2 extraction of volatile oils from aromatic plants

The modelling of the experimental data of the extraction of the volatile oil from six aromatic plants (coriander, fennel, savoury, winter savoury, cotton lavender and thyme) was performed using five mathematical models, based on differential mass balances. In all cases the extraction was internal diffusion controlled and the internal mass transfer coefficienty (k(s)) have been found to change with pressure, temperature and particle size. For fennel, savoury and cotton lavender, the external mass transfer and the equilibrium phase also influenced the second extraction period, since k(s) changed with the tested flow rates. In general, the axial dispersion coefficient could be neglected for the conditions studied, since Peclet numbers were high. On the other hand, the solute-matrix interaction had to be considered in order to ensure a satisfactory description of the experimental data.

Durability performance of concrete made with fine recycled concrete aggregates

Fine recycled aggregates are seen as the last choice in recycling for concrete production. Many references quote their detrimental influence on the most important characteristics of concrete: compressive and tensile strength; modulus of elasticity; water absorption; shrinkage: carbonation and chloride penetration. These two last characteristics are fundamental in terms of the long-term durability of reinforced or prestressed concrete. In the experimental research carried out at IST, part of which has already been published, different concrete mixes (with increasing rates of substitution of fine natural aggregates sand - with fine recycled aggregates from crushed concrete) were prepared and tested. The results were then compared with those for a reference concrete with exactly the same composition and grading curve, but with no recycled aggregates. This paper presents the main results of this research for water absorption by immersion and capillarity, chloride penetration (by means of the chloride migration coefficient), and carbonation resistance, drawing some conclusions on the feasibility of using this type of aggregate in structural concrete, while taking into account any ensuing obvious positive environmental impact.

Medição do coeficiente de atrito da superfície de pavimentos: estudo do equipamento Grip Tester

Ao nível da segurança de circulação rodoviária e aeroportuária, a aderência entre os pneumáticos e a superfície do pavimento apresenta-se como uma das características superficiais mais importantes dos pavimentos em situações de piso molhado. Mundialmente, tem-se dado relevante importância a este facto, levando a que nas últimas décadas e anos, se tenham estudado diversos índices e equipamentos de medição do coeficiente de atrito de um dado pavimento aquando da presença de água. O objectivo da presente dissertação é o de aprofundar o conhecimento sobre a medição do coeficiente de atrito da superfície dos pavimentos de infraestruturas rodoviárias e aeroportuárias, com a particular incidência no estudo do equipamento GripTester. O trabalho realizado consistiu principalmente na análise de valores do coeficiente de atrito da camada de desgaste medidos no pavimento de um aeródromo, por três equipamentos GripTester, através de um ensaio de comparação interlaboratorial que foi organizado especificamente no âmbito desta dissertação. O trabalho desenvolvido permitiu concluir que foi importante desenvolver este estudo comparativo. Com efeito, a análise dos resultados do ensaio de comparação interlaboratorial mostrou que há diferenças no desempenho dos equipamentos participantes, que interessa aprofundar em estudos comparativos futuros.

Força de preensão – Análise de concordância entre dois dinamómetros: JAMAR vs E‑Link

Introdução – Avaliar a força de preensão mostrou ser de primordial importância pela sua relação com a capacidade funcional dos indivíduos, permitindo determinar níveis de risco para incapacidade futura e, assim, estabelecer estratégias de prevenção. Grande parte dos estudos utiliza o dinamómetro hidráulico JAMAR que fornece o valor da força isométrica obtida durante a execução do movimento de preensão palmar. Contudo, existem outros dinamómetros disponíveis, como é o caso do dinamómetro portátil computorizado E‑Link (Biometrics) que fornece o valor da força máxima (peak force), para além de outras variáveis, como a taxa de fadiga. Não existem, contudo, estudos que nos permitam aceitar e comparar ou não os valores obtidos com os dois equipamentos e porventura utilizá‑los indistintamente. Objetivos – Avaliar a concordância entre as medições da força de preensão (força máxima ou peak force em Kg) obtida a partir de dois equipamentos diferentes (dinamómetros portáteis): um computorizado (E‑Link, Biometrics) e outro hidráulico (JAMAR). Metodologia – Foram avaliados 29 indivíduos (13H; 16M; 22±7 anos; 23,2±3,3 kg/m2) em 2 dias consecutivos, na mesma altura do dia. A posição de teste escolhida foi a recomendada pela Associação Americana de Terapeutas Ocupacionais e foi escolhido o melhor resultado de entre 3 tentativas para a mão dominante. Realizou‑se uma análise correlacional entre os valores obtidos na variável analisada em cada equipamento (coeficiente de Spearman) e uma análise de Bland & Altman para verificar a concordância entre as duas medições. Resultados – O coeficiente de correlação entre as duas medições foi elevado (rS= 0,956; p<0,001) e, pela análise de Bland & Altman, os valores obtidos encontram‑se todos dentro do intervalo da média±2SD. Conclusões – As duas medições mostraram ser concordantes, revelando que os dinamómetros testados podem ser comparáveis ou utilizados indistintamente em diferentes estudos e populações. ABSTRACT: Introduction – Assess grip strength has proved to be of vital importance because of its relationship with functional capacity of individuals, in order to determine levels of risk for future disability and thereby establish prevention strategies. Most studies use the JAMAR Hydraulic dynamometer that provides the value of isometric force obtained during the performance of grip movement. However, there are other dynamometers available, such as portable computerized dynamometer E‑Link (Biometrics), which provides the value of maximum force (peak force) in addition to other variables as the rate of fatigue. There are no studies that allow us to accept or not and compare values obtained with both devices and perhaps use them interchangeably. Purpose – To evaluate the agreement between the measurements of grip strength (peak force or maximum force in kg) obtained from two different devices (portable dynamometers): a computerized (E‑Link, Biometrics) and a hydraulic (JAMAR). Methodology – 29 subjects (13H, 16M, 22 ± 7 years, 23.2 ± 3.3 kg/m2) were assessed on two consecutive days at the same time of day. The test position chosen was recommended by the American Association of Occupational Therapists and was considered the best result from three attempts for the dominant hand. A correlation was studied between values obtained in the variable analyzed in each equipment (Spearman coefficient) and Bland‑Altman analysis to assess the agreement between the two measurements. Results – The correlation coefficient between the two measurements was high (rs = 0,956, p <0,001) and Bland & Altman analysis of the values obtained are all within the range of mean±2SD. Conclusions – The two measurements were shown to be concordant, revealing that the tested dynamometers can be comparable or used interchangeably in different studies and populations.

Quantificação da difusão na ressonância magnética da mama: ADC e Kurtosis

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Ressonância Magnética

DWI: factores que influenciam a medição do coeficiente de difusão aparente (ADC) no estudo da mama

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Ressonância Magnética

Caracterização de regiões encefálicas no cérebro normal por tensor de difusão e aplicação à epilepsia pós-traumática

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde.

Deformação miocárdica analisada por Speckle Tracking, em doentes hipertensos com fracção de ejecção preservada

Mestrado em Tecnologia de Diagnóstico e Intervenção Cardiovascular - Área de especialização: Ultrassonografia Cardiovascular.

Modelling of n-stage Blumlein stacked lines for bipolar pulse generation

A Blumlein line is a particular Pulse Forming Line, PFL, configuration that allows the generation of high-voltage sub-microsecond square pulses, with the same voltage amplitude as the dc charging voltage, into a matching load. By stacking n Blumlein lines one can multiply in theory by n the input dc voltage charging amplitude. In order to understand the operating behavior of this electromagnetic system and to further optimize its operation it is fundamental to theoretically model it, that is to calculate the voltage amplitudes at each circuit point and the time instant that happens. In order to do this, one needs to define the reflection and transmission coefficients where impedance discontinuity occurs. The experimental results of a fast solid-state switch, which discharges a three stage Blumlein stack, will be compared with theoretical ones.

Quantificação por imagem ponderada em difusão (DWI) das lesões tumorais da mama

Introdução – A técnica de Difusão por Ressonância Magnética (RM), ao avaliar o movimento das moléculas de água nos tecidos, permite inferir sobre a arquitetura dos mesmos, em particular relativamente à celularidade, volume celular e permeabilidade das membranas. O Coeficiente de Difusão Aparente (ADC) é um parâmetro quantificável da imagem ponderada em difusão (DWI). A sua análise poderá fornecer informação clínica adicional sobre estas lesões, sobretudo em relação à sua caracterização histológica. Objetivos – Caracterizar e diferenciar tipos e alguns subtipos de lesões mamárias através da análise do ADC. Metodologia – 20 Mulheres com 23 lesões mamárias foram submetidas a RM mamária: 3 lesões benignas (3 Fibroadenomas-FA) e 20 malignas (16 Carcinomas Ductais Invasivos-CDI, 2 Carcinomas Ductais In Situ-CDIS e 2 Carcinomas Invasivos Lobulares-CLI). Num equipamento 1.5T aplicou-se uma sequência de Difusão (b=0,50,250,500,750,1000 s/mm2). Obteve-se o ADC através do ajuste exponencial da intensidade de sinal das lesões em função do valor de b, fazendo-se corresponder os valores de ADC à respetiva caracterização histológica e posterior comparação com a literatura. Resultados e Discussão – As lesões malignas apresentaram ADCs significativamente (p=0,014) inferiores [(0,94±0,22)x10-3 mm2/s] aos das benignas [(1,43±0,25)x10-3 mm2/s]. A justificação pode residir no aumento da celularidade e consequente restrição da Difusão que se observa nas lesões malignas. Os CDI apresentaram ADCs baixos [(0,88±0,17)x10-3 mm2/s], enquanto que os CDIS apresentaram ADCs mais elevados [(1,33±0,29)x10-3 mm2/s]. Estes resultados estão de acordo com o facto dos CDIS estarem limitados aos ductos mamários, mantendo-se menos alterada a estrutura do tecido adjacente e resultando numa menor restrição à difusão que nos CDI. Verificaram-se diferenças significativas entre FA e CDI (p=0,010) e entre CDI e CDIS (p=0,049). Conclusões – O ADC possibilita a diferenciação entre lesões mamárias benignas e malignas, bem como entre alguns tipos histológicos. O desenvolvimento deste conceito pode representar um avanço no papel da RM na avaliação destas neoplasias. ABSTRACT - Introduction – The Magnetic Resonance (MR) diffusion technique measures the movement of water molecules in tissues. Therefore, it provides useful information about tissue architecture, specially regarding tissue cellularity, cell volume and membrane permeability. The quantification of diffusion weighted imaging (DWI) data is done by measuring the so-called. Apparent Diffusion Coefficient (ADC). This parameter provides additional clinical information about breast lesions, and potentially allows for in-vivo histological characterization. Purpose – To characterize and differentiate breast lesions through ADC analysis. Methodology – The study comprised 20 women, with 23 breast lesions: 3 benign lesions - 3 Fibroadenomas (FA); and 20 malignant - 16 Invasive Ductal Carcinomas (CDI), 2 Ductal Carcinomas In Situ (CDIS), 2 Invasive Lobular Carcinoma (CLI). On a 1.5T equipment a diffusion-weighted sequence with 6 b-values (b=0,50,250,500,750,1000 s/mm2) was used to examine the patients. ADC was obtained by fitting an exponential to data of lesion signal intensity vs. b values. A correspondence of ADC values to histological lesion characterization was done and finally, the results were comparison with the literature. Results and Discussion – Malignant lesions showed inferior ADCs significantly (p=0.014) lower ((0.94±0.22)x10-3 mm2/s) than the benign lesions ((1.43±0.25)x10-3 mm2/s). This may be associated to increasead cellularity in malignant lesions, which result in higher tissue restriction to diffusion. CDI showed low ADC values ((0.88±0.17)x10-3 mm2/s), while the CDIS showed higher ADCs ((1.33±0.29)x10-3 mm2/s). These results agree with the fact that CDIS are limited to mammary ducts, maintaining a less altered neighboring tissue structure, which results in a lower restriction to diffusion than observed in CDI. Significant differences between FA and CDI (p=0.010) and between CDI and CDIS (p=0.049) were observed. Conclusion – The ADC parameter is able to differentiate between malignant and benign breast lesions, as well as between some histological types.

Deformação miocárdica analisada por 2D strain em indivíduos com lúpus eritematoso sistémico

Mestrado em Tecnologia de Diagnóstico e Intervenção Cardiovascular. Área de especialização: Ultrassonografia Cardiovascular.

Lesões da substância branca por ressonância magnética: uma avaliação entre as ponderações DWI e T2 FLAIR

RESUMO: Objetivos – Determinar a sensibilidade e especificidade das ponderações Difusão (DWI) e T2 Fluid-Attenuated Inversion Recovery (FLAIR) na avaliação de lesões da substância branca (SB) e verificar em que medida se complementam, por forma a criar um conjunto de boas práticas na RM cranioencefálica de rotina. Metodologia – Recorrendo-se a uma metodologia quantitativa, efetuou-se uma análise retrospetiva da qual foram selecionados 30 pacientes, 10 sem patologia e 20 com patologia (2 com EM, 7 com Leucoencefalopatia, 6 com doença microangiopática e 5 com patologia da substância branca indefinida). Obteve-se uma amostra de 60 imagens, nomeadamente: 30 imagens ponderadas em DWI e 30 em T2 FLAIR. Recorrendo ao programa Viewdex®, três observadores avaliaram um conjunto de imagens segundo sete critérios: visibilidade, deteção, homogeneidade, localização, margens e dimensões da lesão e capacidade de diagnóstico. Com os resultados obtidos recorreu-se ao cálculo de sensibilidade e especificidade pelas Curvas ROC, bem como à análise estatística, nomeadamente, Teste-T, Índice de Concordância Kappa e coeficiente de correlação de Pearson entre as variáveis em estudo. Resultados – Os resultados de sensibilidade e de especificidade obtidos para a ponderação T2 FLAIR foram superiores (0,915 e 0,038, respetivamente) aos da ponderação DWI (0,08 e 0,100, respetivamente). Não se verificaram variâncias populacionais significativas. Obteve-se uma elevada correlação linear entre as variáveis com um valor r situado entre 0,8 e 0,99. Verificou-se também uma variabilidade considerável entre os observadores. Conclusões – Dados os baixos valores de sensibilidade e especificidade obtidos para a DWI, sugere-se que esta deva ser incluída no protocolo de rotina de crânio como auxiliar no diagnóstico diferencial com outras patologias.

Modelação e concepção da carroçaria do veículo eléctrico ecológico (VEECO)

Neste trabalho aborda-se o desenvolvimento da carroçaria do Veículo Eléctrico Ecológico – VEECO recorrendo a tecnologias assistidas por computador. Devido à impossibilidade de abranger toda a temática das tecnologias assistidas por computador, associadas ao desenvolvimento de uma carroçaria automóvel, o foco deste trabalho assenta no processo de obtenção de um modelo digital válido e no estudo do desempenho aerodinâmico da carroçaria. A existência de um modelo digital válido é a base de qualquer processo de desenvolvimento associado a tecnologias assistidas por computador. Neste sentido, numa primeira etapa, foram aplicadas e desenvolvidas técnicas e metodologias que permitem o desenvolvimento de uma carroçaria desde a sua fase de “design” até à obtenção de um modelo digital CAD. Estas abrangem a conversão e importação de dados, a realização de engenharia inversa, a construção/reconstrução CAD em CATIA V5 e a preparação/correcção de modelos CAD para a análise numérica. Numa segunda etapa realizou-se o estudo da aerodinâmica exterior da carroçaria, recorrendo à ferramenta de análise computacional de fluidos (CFD) Flow Simulation da CosmosFloworks integrado no programa SolidWorks 2010. Associado à temática do estudo aerodinâmico e devido à elevada importância da validação dos resultados numéricos por meio de dados experimentais, foi realizado o estudo de análise dimensional que permite a realização de ensaios experimentais à escala, bem como a análise dos resultados experimentais obtidos.

Arrow Plot: a new graphical tool for selecting up and down regulated genes and genes differentially expressed on samples subgroups

Background: A common task in analyzing microarray data is to determine which genes are differentially expressed across two (or more) kind of tissue samples or samples submitted under experimental conditions. Several statistical methods have been proposed to accomplish this goal, generally based on measures of distance between classes. It is well known that biological samples are heterogeneous because of factors such as molecular subtypes or genetic background that are often unknown to the experimenter. For instance, in experiments which involve molecular classification of tumors it is important to identify significant subtypes of cancer. Bimodal or multimodal distributions often reflect the presence of subsamples mixtures. Consequently, there can be genes differentially expressed on sample subgroups which are missed if usual statistical approaches are used. In this paper we propose a new graphical tool which not only identifies genes with up and down regulations, but also genes with differential expression in different subclasses, that are usually missed if current statistical methods are used. This tool is based on two measures of distance between samples, namely the overlapping coefficient (OVL) between two densities and the area under the receiver operating characteristic (ROC) curve. The methodology proposed here was implemented in the open-source R software. Results: This method was applied to a publicly available dataset, as well as to a simulated dataset. We compared our results with the ones obtained using some of the standard methods for detecting differentially expressed genes, namely Welch t-statistic, fold change (FC), rank products (RP), average difference (AD), weighted average difference (WAD), moderated t-statistic (modT), intensity-based moderated t-statistic (ibmT), significance analysis of microarrays (samT) and area under the ROC curve (AUC). On both datasets all differentially expressed genes with bimodal or multimodal distributions were not selected by all standard selection procedures. We also compared our results with (i) area between ROC curve and rising area (ABCR) and (ii) the test for not proper ROC curves (TNRC). We found our methodology more comprehensive, because it detects both bimodal and multimodal distributions and different variances can be considered on both samples. Another advantage of our method is that we can analyze graphically the behavior of different kinds of differentially expressed genes. Conclusion: Our results indicate that the arrow plot represents a new flexible and useful tool for the analysis of gene expression profiles from microarrays.