A multidimensional scaling analysis of musical sounds based on pseudo phase plane

This paper studies musical opus from the point of view of three mathematical tools: entropy, pseudo phase plane (PPP), and multidimensional scaling (MDS). The experiments analyze ten sets of different musical styles. First, for each musical composition, the PPP is produced using the time series lags captured by the average mutual information. Second, to unravel hidden relationships between the musical styles the MDS technique is used. The MDS is calculated based on two alternative metrics obtained from the PPP, namely, the average mutual information and the fractal dimension. The results reveal significant differences in the musical styles, demonstrating the feasibility of the proposed strategy and motivating further developments towards a dynamical analysis of musical sounds.

Differences in Mismatch Negativity (MMN) response to Pure-tone and Speech sounds in normal subjects: an additional explanation

The relation of automatic auditory discrimination, measured with MMN, with the type of stimuli has not been well established in the literature, despite its importance as an electrophysiological measure of central sound representation. In this study, MMN response was elicited by pure-tone and speech binaurally passive auditory oddball paradigm in a group of 8 normal young adult subjects at the same intensity level (75 dB SPL). The frequency difference in pure-tone oddball was 100 Hz (standard = 1 000 Hz; deviant = 1 100 Hz; same duration = 100 ms), in speech oddball (standard /ba/; deviant /pa/; same duration = 175 ms) the Portuguese phonemes are both plosive bi-labial in order to maintain a narrow frequency band. Differences were found across electrode location between speech and pure-tone stimuli. Larger MMN amplitude, duration and higher latency to speech were verified compared to pure-tone in Cz and Fz as well as significance differences in latency and amplitude between mastoids. Results suggest that speech may be processed differently than non-speech; also it may occur in a later stage due to overlapping processes since more neural resources are required to speech processing.

Characterisation of adventitious lung sounds in people with dementia

Introduction: Lower Respiratory Tract Infections (LRTIs) are highly prevalent in institutionalised people with dementia, constituting an important cause of morbidity and mortality. Computerised auscultation of Adventitious Lung Sounds (ALS) has shown to be objective and reliable to assess and monitor respiratory diseases, however its application in people with dementia is unknown. Aim: This study characterised ALS (crackles and wheezes) in institutionalised people with dementia. Methods: An exploratory descriptive study, including 6 long-term care institutions was conducted. The sample included a dementia group (DG) of 30 people with dementia and a match healthy group (HG) of 30 elderly people. Socio-demographic and anthropometric data, cognition, type and severity of dementia, cardio-respiratory parameters, balance, mobility and activities and participation were collected. Lung sounds were recorded with a digital stethoscope following Computerised Respiratory Sound Analysis (CORSA) guidelines. Crackles’ location, number (N), frequency (F), two-cycle duration (2CD), initial deflection width (IDW) and largest deflection width (LDW) and wheezes’ number (N), ratio (R) and frequency (F) were analysed per breathing phase. Statistical analyses were performed using PASW Statistics(v.19). Results: There were no significant differences between the two groups in relation to the mean N of crackles during inspiration and expiration in both trachea and thorax. DG trachea crackles had significant higher F during inspiration and lower IDW, 2CD and LDW during expiration when compared with HG. At the thorax, the LDW during inspiration was also significantly lower in the DG. A significant higher N of inspiratory wheezes was found in the HG. Both groups had a low ratio of high frequency wheezes. Conclusion: Computerised analyses of ALS informed on the respiratory system and function of people with dementia and elderly people. Hence, this could be the step towards prevention, early diagnosis and continuous monitoring of respiratory diseases in people with cognitive impairment.

Towards a classification scheme for musical sounds

Signal Processing: Algorithms, Architectures, Arrangements, and Applications (SPA), 2013

Eficiência e concentração na indústria bancária

O objectivo deste trabalho é a análise da eficiência produtiva e dos efeitos da concentração sobre os custos bancários, tendo por base a indústria bancária portuguesa. O carácter multiproduto da empresa bancária sugere a necessidade de se adoptar formas multiproduto da função custo (tipo Fourier). Introduzimos variáveis de homogeneidade e de estrutura que permitem o recurso a formas funcionais uniproduto (Cobb-Douglas) à banca. A amostra corresponde a 22 bancos que operavam em Portugal entre 1995-2001, base não consolidada e dados em painel. Para o estudo da ineficiência recorreu-se ao modelo estocástico da curva fronteira (SFA), para as duas especificações. Na análise da concentração, introduziram-se variáveis binárias que pretendem captar os efeitos durante quatro anos após a concentração. Tanto no caso da SFA como no da concentração, os resultados encontrados são sensíveis à especificação funcional adoptada. Concluindo, o processo de concentração bancário parece justificar-se pela possibilidade da diminuição da ineficiência-X. This study addresses the productive efficiency and the effects of concentration over the banking costs, stressing its focus on the Portuguese banking market. The multiproduct character of the banking firm suggests the use of functional forms as Fourier. The introduction of variables of structure and of homogeneity allows the association of the banking activity (multiproduct) with a single product function (Cobb-Douglas type). The sample covers 22 banks which operated in Portugal from 1995-2001, non consolidated base with a panel data structure. The study about inefficiency is elaborated through the stochastic frontier model (SFA), for the two specifications selected. As a methodology to analyze the concentration, we introduced binary variables, which intend to catch the effects through four years after the concentration process. The results obtained, through SFA and concentration approach, are influenced by the kind of specifications selected. Summing up, the concentration process of the Banking Industry sounds to be justified by the possibility of the X-inefficiency.

Reliability of nasal auscultation and their relation to middle ear condition – a clinical interest to pediatrics respiratory physiotherapy

Background: Acute respiratory infections are usual in children under three years old occurring in upper respiratory tract, having an impact on child and caregiver’s quality of life predisposing to otitis media or bronchiolitis. There are few valid and reliable measures to determine the child’s respiratory condition and to guide the physiotherapy intervention. Aim: To assess the intra and inter rater reliability of nasal auscultation, to analyze the relation between sounds’ classification and middle ear’s pressure and compliance as well as with the Clinical Severity Score. Methods: A cross-sectional observational study was composed by 125 nursery children aged up to three years old. Tympanometry, pulmonary and nasal auscultation and application of Clinical Severity Score were performed to each child. Nasal auscultation sounds’ were recorded and sent to 3 blinded experts, that classified, as “obstructed” and “unobstructed”, with a 48 hours interval, in order to analyze inter and intra rater reliability. Results: Nasal auscultation revealed a substantial inter and intra rater reliability (=0,749 and evaluator A - K= 0,691; evaluator B - K= 0,605 and evaluator C - K= 0,724, respectively). Both ears’ pressure was significantly lower in children with an "unobstructed" nasal sound when compared with an “obstructed” nasal sound (t=-3,599, p<0,001 in left ear; t=-2,258, p=0,026 in right ear). Compliance in both ears was significantly lower in children with an "obstructed" nasal sound when compared with “unobstructed” nasal sound (t=-2,728, p=0,007 in left ear; t=-3,830, p<0,001 in right ear). There was a statistically significant association between sounds’ classification and tympanograms types in both ear’s (=11,437, p=0,003 in left ear; =13,535, p=0,001 in right ear). There was a trend to children with an "unobstructed" nasal sound that had a lower clinical severity score when compared with “obstructed” children. Conclusion: It was observed a good intra and substantial inter reliability for nasal auscultation. Nasal auscultation sounds’ classification was related to middle ears’ pressure and compliance.

A efectividade da intervenção da fisioterapia nas disfunções crânio- cervico-mandibulares

Introdução: As teorias etiológicas recíprocas que relacionam as disfunções da articulação temporo mandibular (ATM) com as disfunções da coluna cervical, os seus critérios de diagnóstico e formas de tratamento, não reúnem consenso, constituindo, actualmente, uma temática de debate e investigação. Objectivo: Descrever a avaliação e intervenção em fisioterapia, e os seus resultados numa utente com disfunção do complexo crânio-cervico-mandibular. Métodos: Foi realizado um estudo observacional descritivo, do tipo estudo de caso, reportando-se a uma enfermeira, de 28 anos, com quadro sintomatológico compatível com disfunção crânio-cervico-mandibular, com antecedentes de condilectomia e artroplastia da ATM, aos 14 anos. Inicialmente a utente apresentava dor irradiada na região cervical (7/10) e limitação dos movimentos articulares da coluna cervical. Referia, também, dor na região do ptérion direito (6/10), limitação dos movimentos da mandíbula, desvio lateral na abertura da boca e dificuldades funcionais na mastigação. A avaliação inicial e final (após tratamento), foi efectuada recorrendo-se à utilização do Goniometro CROM e da Therabite Range of Motion Scale, para medição das amplitudes articulares da cervical e ATM, respectivamente; Estetoscópio, para avaliação dos sons articulares da ATM; Escala Visual Analógica para graduação da dor. A intervenção decorreu ao longo de 10 sessões, bissemanais. No tratamento, foram aplicadas técnicas sobre os trigers points da musculatura cervical e músculos da mastigação; Mobilização passiva da cervical e ATM; Manipulação dos segmentos vertebrais cervicais e torácicos; Streching e técnicas de energia muscular; Técnicas funcionais para a ATM; Técnicas miofasciais para a coluna cervical e ATM; Exercícios de controlo motor da coluna cervical. Resultados: No final do tratamento, as amplitudes dos movimentos cervicais estavam completas e sem dor (0/10), mantendo, sensibilidade dolorosa à palpação das espinhosas de C5-C6 (1/10). Relativamente à ATM, verifica-se a abolição da dor (0/10) e a ausência do desvio lateral da mandíbula na abertura da boca, bem como, o aumento das amplitudes de movimento na abertura da boca (33 para 36 mm), e no desvio lateral esquerdo (2 para 2,8 mm). Conclusão: os resultados sugerem que a intervenção, com recurso a técnicas de terapia manual, no caso em estudo, parecem surtir efeitos positivos no quadro sintomatológico e funcional da utente.

Three-dimensional modeling of tongue during speech using MRI data

The tongue is the most important and dynamic articulator for speech formation, because of its anatomic aspects (particularly, the large volume of this muscular organ comparatively to the surrounding organs of the vocal tract) and also due to the wide range of movements and flexibility that are involved. In speech communication research, a variety of techniques have been used for measuring the three-dimensional vocal tract shapes. More recently, magnetic resonance imaging (MRI) becomes common; mainly, because this technique allows the collection of a set of static and dynamic images that can represent the entire vocal tract along any orientation. Over the years, different anatomical organs of the vocal tract have been modelled; namely, 2D and 3D tongue models, using parametric or statistical modelling procedures. Our aims are to present and describe some 3D reconstructed models from MRI data, for one subject uttering sustained articulations of some typical Portuguese sounds. Thus, we present a 3D database of the tongue obtained by stack combinations with the subject articulating Portuguese vowels. This 3D knowledge of the speech organs could be very important; especially, for clinical purposes (for example, for the assessment of articulatory impairments followed by tongue surgery in speech rehabilitation), and also for a better understanding of acoustic theory in speech formation.

Modelling and segmentation of the vocal tract during speech production by using deformable models in magnetic resonance images

The first and second authors would like to thank the support of the PhD grants with references SFRH/BD/28817/2006 and SFRH/PROTEC/49517/2009, respectively, from Fundação para a Ciência e Tecnol ogia (FCT). This work was partially done in the scope of the project “Methodologies to Analyze Organs from Complex Medical Images – Applications to Fema le Pelvic Cavity”, wi th reference PTDC/EEA- CRO/103320/2008, financially supported by FCT.

Analysis of tongue shape and motion in speech production using statistical modeling

The mechanisms of speech production are complex and have been raising attention from researchers of both medical and computer vision fields. In the speech production mechanism, the articulator’s study is a complex issue, since they have a high level of freedom along this process, namely the tongue, which instigates a problem in its control and observation. In this work it is automatically characterized the tongues shape during the articulation of the oral vowels of Portuguese European by using statistical modeling on MR-images. A point distribution model is built from a set of images collected during artificially sustained articulations of Portuguese European sounds, which can extract the main characteristics of the motion of the tongue. The model built in this work allows under standing more clearly the dynamic speech events involved during sustained articulations. The tongue shape model built can also be useful for speech rehabilitation purposes, specifically to recognize the compensatory movements of the articulators during speech production.

A Lei de ZIPF ou Regra 80/20 da Internet

As Leis de Potência, LP, (Power Laws, em inglês), Leis de Pareto ou Leis de Zipf são distribuições estatísticas, com inúmeras aplicações práticas, em sistemas naturais e artificiais. Alguns exemplos são a variação dos rendimentos pessoais ou de empresas, a ocorrência de palavras em textos, as repetições de sons ou conjuntos de sons em composições musicais, o número de vítimas em guerras ou outros cataclismos, a magnitude de tremores de terra, o número de vendas de livros ou CD’s na internet, o número de sítios mais acedidos na Internet, entre muitos outros. Vilfredo Pareto (1897-1906) afirma, no manual de economia política “Cours d’Economie Politique”, que grande parte da economia mundial segue uma determinada distribuição, em que 20% da população reúne 80% da riqueza total do país, estando, assim uma pequena fração da sociedade a controlar a maior fatia do dinheiro. Isto resume o comportamento de uma variável que segue uma distribuição de Pareto (ou Lei de Potência). Neste trabalho pretende-se estudar em pormenor a aplicação das leis de potência a fenómenos da internet, como sendo o número de sítios mais visitados, o número de links existentes em determinado sítio, a distribuição de nós numa rede da internet, o número livros vendidos e as vendas em leilões online. Os resultados obtidos permitem-nos concluir que todos os dados estudados são bem aproximados, numa escala logarítmica, por uma reta com declive negativo, seguindo, assim, uma distribuição de Pareto. O desenvolvimento e crescimento da Web, tem proporcionado um aumento do número dos utilizadores, conteúdos e dos sítios. Grande parte dos exemplos presentes neste trabalho serão alvo de novos estudos e de novas conclusões. O fato da internet ter um papel preponderante nas sociedades modernas, faz com que esteja em constante evolução e cada vez mais seja possível apresentar fenómenos na internet associados Lei de Potência.

Leis de Pareto para Guerras e Actos de Terrorismo

Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores - Área de Especialização de Sistemas e Planeamento Industrial

Eficiência e concentração na indústria bancária

O objectivo deste trabalho é a análise da eficiência produtiva e dos efeitos da concentração sobre os custos bancários, tendo por base a indústria bancária portuguesa. O carácter multiproduto da empresa bancária sugere a necessidade de se adoptar formas multiproduto da função custo (tipo Fourier). Introduzimos variáveis de homogeneidade e de estrutura que permitem o recurso a formas funcionais uniproduto (Cobb-Douglas) à banca. A amostra corresponde a 22 bancos que operavam em Portugal entre 1995-2001, base não consolidada e dados em painel. Para o estudo da ineficiência recorreu-se ao modelo estocástico da curva fronteira (SFA), para as duas especificações. Na análise da concentração, introduziram-se variáveis binárias que pretendem captar os efeitos durante quatro anos após a concentração. Tanto no caso da SFA como no da concentração, os resultados encontrados são sensíveis à especificação funcional adoptada. Concluindo, o processo de concentração bancário parece justificar-se pela possibilidade da diminuição da ineficiência-X.

Classificação de sons cardíacos usando Motifs: desenvolvimento de uma aplicação móvel

Este documento foi redigido no âmbito da Tese, do Mestrado em Engenharia Informática na área de Tecnologias do Conhecimento e Decisão, do Departamento de Engenharia Informática, do ISEP, cujo tema é classificação de sons cardíacos usando motifs. Neste trabalho, apresenta-se um algoritmo de classificação de sons cardíacos, capaz de identificar patologias cardíacas. A classificação do som cardíaco é um trabalho desafiante dada a dificuldade em separar os sons ambiente (vozes, respiração, contacto do microfone com superfícies como pele ou tecidos) ou de ruído dos batimentos cardíacos. Esta abordagem seguiu a metodologia de descoberta de padrões SAX (motifs) mais frequentes, em séries temporais relacionando-os com a ocorrência sistólica (S1) e a ocorrência diastólica (S2) do coração. A metodologia seguida mostrou-se eficaz a distinguir sons normais de sons correspondentes a patologia. Os resultados foram publicados na conferência internacional IDEAS’14 [Oliveira, 2014], em Julho deste ano. Numa fase seguinte, desenvolveu-se uma aplicação móvel, capaz de captar os batimentos cardíacos, de os tratar e os classificar. A classificação dos sons é feita usando o método referido no parágrafo anterior. A aplicação móvel, depois de tratar os sons, envia-os para um servidor, onde o programa de classificação é executado, e recebe a resposta da classificação. É também descrita a arquitetura aplicacional desenhada e as componentes que a constituem, as ferramentas e tecnologias utilizadas.

Diagnóstico cardíaco a partir de dados acústicos e clínicos

Este documento foi redigido no âmbito da dissertação do Mestrado em Engenharia Informática na área de Arquiteturas, Sistemas e Redes, do Departamento de Engenharia Informática, do ISEP, cujo tema é diagnóstico cardíaco a partir de dados acústicos e clínicos. O objetivo deste trabalho é produzir um método que permita diagnosticar automaticamente patologias cardíacas utilizando técnicas de classificação de data mining. Foram utilizados dois tipos de dados: sons cardíacos gravados em ambiente hospitalar e dados clínicos. Numa primeira fase, exploraram-se os sons cardíacos usando uma abordagem baseada em motifs. Numa segunda fase, utilizamos os dados clínicos anotados dos pacientes. Numa terceira fase, avaliamos a combinação das duas abordagens. Na avaliação experimental os modelos baseados em motifs obtiveram melhores resultados do que os construídos a partir dos dados clínicos. A combinação das abordagens mostrou poder ser vantajosa em situações pontuais.