Avaliação da caracterização de lesões em mamografia com recurso a sistemas CAD (Diagnóstico Assistido por Computador)

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Imagem Digital com Radiação X.

Avaliação da caracterização de lesões em mamografia com recurso a sistemas CAD (Computer-Aided Diagnosis)

Os sistemas Computer-Aided Diagnosis (CAD) auxiliam a deteção e diferenciação de lesões benignas e malignas, aumentando a performance no diagnóstico do cancro da mama. As lesões da mama estão fortemente correlacionadas com a forma do contorno: lesões benignas apresentam contornos regulares, enquanto as lesões malignas tendem a apresentar contornos irregulares. Desta forma, a utilização de medidas quantitativas, como a dimensão fractal (DF), pode ajudar na caracterização dos contornos regulares ou irregulares de uma lesão. O principal objetivo deste estudo é verificar se a utilização concomitante de 2 (ou mais) medidas de DF – uma tradicionalmente utilizada, a qual foi designada por “DF de contorno”; outra proposta por nós, designada por “DF de área” – e ainda 3 medidas obtidas a partir destas, por operações de dilatação/erosão e por normalização de uma das medidas anteriores, melhoram a capacidade de caracterização de acordo com a escala BIRADS (Breast Imaging Reporting and Data System) e o tipo de lesão. As medidas de DF (DF contorno e DF área) foram calculadas através da aplicação do método box-counting, diretamente em imagens de lesões segmentadas e após a aplicação de um algoritmo de dilatação/erosão. A última medida baseia-se na diferença normalizada entre as duas medidas DF de área antes e após a aplicação do algoritmo de dilatação/erosão. Os resultados demonstram que a medida DF de contorno é uma ferramenta útil na diferenciação de lesões, de acordo com a escala BIRADS e o tipo de lesão; no entanto, em algumas situações, ocorrem alguns erros. O uso combinado desta medida com as quatro medidas propostas pode melhorar a classificação das lesões.

Rheology of the cytoskeleton as a fractal network

We model the cytoskeleton as a fractal network by identifying each segment with a simple Kelvin-Voigt element with a well defined equilibrium length. The final structure retains the elastic characteristics of a solid or a gel, which may support stress, without relaxing. By considering a very simple regular self-similar structure of segments in series and in parallel, in one, two, or three dimensions, we are able to express the viscoelasticity of the network as an effective generalized Kelvin-Voigt model with a power law spectrum of retardation times L similar to tau(alpha). We relate the parameter alpha with the fractal dimension of the gel. In some regimes ( 0 < alpha < 1), we recover the weak power law behaviors of the elastic and viscous moduli with the angular frequencies G' similar to G" similar to w(alpha) that occur in a variety of soft materials, including living cells. In other regimes, we find different power laws for G' and G".

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.

Image enhancement for digital radiography

Once in a digital form, a radiographic image may be processed in several ways in order to turn the visualization an act of improved diagnostic value. Practitioners should be aware that, depending on each clinical context, digital image processing techniques are available to help to unveil visual information that is, in fact, carried by the bare digital radiograph and may be otherwise neglected. The range of visual enhancement procedures includes simple techniques that deal with the usual brightness and contrast manipulation up to much more elaborate multi-scale processing that provides customized control over the emphasis given to the relevant finer anatomical details. This chapter is intended to give the reader a practical understanding of image enhancement techniques that might be helpful to improve the visual quality of the digital radiographs and thus to contribute to a more reliable and assertive reporting.

Topological Complexity and Predictability in the Dynamics of a Tumor Growth Model with Shilnikov's Chaos

Dynamical systems modeling tumor growth have been investigated to determine the dynamics between tumor and healthy cells. Recent theoretical investigations indicate that these interactions may lead to different dynamical outcomes, in particular to homoclinic chaos. In the present study, we analyze both topological and dynamical properties of a recently characterized chaotic attractor governing the dynamics of tumor cells interacting with healthy tissue cells and effector cells of the immune system. By using the theory of symbolic dynamics, we first characterize the topological entropy and the parameter space ordering of kneading sequences from one-dimensional iterated maps identified in the dynamics, focusing on the effects of inactivation interactions between both effector and tumor cells. The previous analyses are complemented with the computation of the spectrum of Lyapunov exponents, the fractal dimension and the predictability of the chaotic attractors. Our results show that the inactivation rate of effector cells by the tumor cells has an important effect on the dynamics of the system. The increase of effector cells inactivation involves an inverse Feigenbaum (i.e. period-halving bifurcation) scenario, which results in the stabilization of the dynamics and in an increase of dynamics predictability. Our analyses also reveal that, at low inactivation rates of effector cells, tumor cells undergo strong, chaotic fluctuations, with the dynamics being highly unpredictable. Our findings are discussed in the context of tumor cells potential viability.

A hybrid approach to multi-agent decision-making

In the aftermath of a large-scale disaster, agents' decisions derive from self-interested (e.g. survival), common-good (e.g. victims' rescue) and teamwork (e.g. fire extinction) motivations. However, current decision-theoretic models are either purely individual or purely collective and find it difficult to deal with motivational attitudes; on the other hand, mental-state based models find it difficult to deal with uncertainty. We propose a hybrid, CvI-JI, approach that combines: i) collective 'versus' individual (CvI) decisions, founded on the Markov decision process (MDP) quantitative evaluation of joint-actions, and ii)joint-intentions (JI) formulation of teamwork, founded on the belief-desire-intention (BDI) architecture of general mental-state based reasoning. The CvI-JI evaluation explores the performance's improvement

Antena multi-banda para comunicações móveis

O desenvolvimento dos sistemas de comunicações móveis tem vindo a ser cada vez maior, fazendo com que os sistemas funcionem em várias bandas de operação. Neste sentido, surge a necessidade de desenvolver antenas que superem aquelas já existentes, ao nível das suas propriedades electromagnéticas, para que os sistemas apresentem uma maior qualidade e possam corresponder às exigências inerentes ao desenvolvimento das sociedades. O objectivo desta dissertação de Mestrado é dimensionar, construir e medir uma antena multi-banda para comunicações móveis, com base em estruturas EBG (Electromagnetic Band-Gap) que melhorem o comportamento electromagnético daquelas já existentes, para a banda de frequências de 2.4 GHz e de 5.2 GHz. Começa-se por fazer-se um estudo acerca do estado da arte de estruturas EBG, muito utilizadas em várias áreas, nomeadamente a área das antenas, área sobre a qual esta dissertação assenta. Posteriormente é feita uma breve introdução às antenas microstrip, particularizando de seguida para antenas PIFA e as suas características. Posteriormente é feito o estudo de uma antena PIFA, com e sem a influência de estruturas EBG, para as bandas de 2.4 GHz e 5.2 GHz. Posteriormente são apresentados e comparados resultados das várias antenas. Da análise desses resultados, verifica-se que é possível obter uma antena de baixo perfil com a utilização de estruturas EBG como plano de massa. Além disso, verifica-se também que é possível diminuir a radiação traseira e aumentar a largura de banda. Finalmente, são apresentadas algumas conclusões e várias propostas de trabalho futuro.

Contributo para a validação de uma escala pediátrica, Peabody Developmental Motor Scale-2 (versão portuguesa)

Mestrado em Fisioterapia