BANMAC: an opportunistic MAC protocol for reliable communications in body area networks

We consider reliable communications in Body Area Networks (BAN), where a set of nodes placed on human body are connected using wireless links. In order to keep the Specific Absorption Rate (SAR) as low as possible for health safety reasons, these networks operate in low transmit power regime, which however, is known to be error prone. It has been observed that the fluctuations of the Received Signal Strength (RSS) at the nodes of a BAN on a moving person show certain regularities and that the magnitude of these fluctuations are significant (5 - 20 dB). In this paper, we present BANMAC, a MAC protocol that monitors and predicts the channel fluctuations and schedules transmissions opportunistically when the RSS is likely to be higher. The MAC protocol is capable of providing differentiated service and resolves co-channel interference in the event of multiple co-located BANs in a vicinity. We report the design and implementation details of BANMAC integrated with the IEEE 802.15.4 protocol stack. We present experimental data which show that the packet loss rate (PLR) of BANMAC is significantly lower as compared to that of the IEEE 802.15.4 MAC. For comparable PLR, the power consumption of BANMAC is also significantly lower than that of the IEEE 802.15.4. For co-located networks, the convergence time to find a conflict-free channel allocation was approximately 1 s for the centralized coordination mechanism and was approximately 4 s for the distributed coordination mechanism.

Opportunistic packet scheduling in body area networks

Significant research efforts are being devoted to Body Area Networks (BAN) due to their potential for revolutionizing healthcare practices. Energy-efficiency and communication reliability are critically important for these networks. In an experimental study with three different mote platforms, we show that changes in human body shadowing as well as those in the relative distance and orientation of nodes caused by the common human body movements can result in significant fluctuations in the received signal strength within a BAN. Furthermore, regular movements, such as walking, typically manifest in approximately periodic variations in signal strength. We present an algorithm that predicts the signal strength peaks and evaluate it on real-world data. We present the design of an opportunistic MAC protocol, named BANMAC, that takes advantage of the periodic fluctuations of the signal strength to achieve high reliability even with low transmission power.

A influência da marcha com tripé nos parâmetros metabólicos em jovens e idosos

Introdução: Os parâmetros metabólicos durante a marcha normal e a sua regulação são importantes devido ao metabolismo oxidativo ser o principal meio através do qual o organismo humano gera energia para realizar as atividades do quotidiano. Nem sempre a marcha é realizada de forma independente e necessita do apoio de auxiliares de marcha, como o tripé, que tem por função ampliar a base de sustentação e melhorar o equilíbrio. Objetivo: Analisar a influência de utilização de um tripé na marcha, na despesa energética em jovens e idosos saudáveis Métodos: Realizou-se um estudo observacional transversal numa amostra de 21 voluntários, com idade entre 18 a 25 anos e mais ou igual a 60 anos. Realizaram-se as avaliações com o Cosmed K4b2 (Cosmed, Rome, Italy), sendo através do mesmo que os dados foram recolhidos. Foi utilizado o teste de Friedman, com P <0,05. Resultados: Os resultados obtidos para o gasto energético nos jovens foram inferiores aos valores obtidos pelos idosos. Relativamente ao metabolismo energético o substrato energético utilizado pelos jovens foi o proteico e o lipídico pelos idosos. Entre sexos foram os homens quem tiveram um maior gasto energético. Conclusão: O uso do tripé durante a marcha não influencia o gasto energético em adultos jovens e/ou idosos saudáveis.

Adverse effect of alcohol drinking: the role of oxidative stress

Atualmente, o álcool tem um papel importante na saúde pública e surge como um dos principais problemas sociais no mundo, dado que é a droga mais viciante aceite em encontros sociais. Provavelmente, por essa razão, os riscos do consumo abusivo do álcool são subestimados pelos jovens, mulheres grávidas e idosos. O álcool, quando ingerido em altas proporções, pode afetar todos os órgãos e desencadear inúmeras doenças, tais como a doença cardíaca coronariana, doença neurodegenerativa, as doenças crónicas e câncer. O álcool afeta ainda o estado psicológico, induzindo a violência, o estado antissocial e situações de risco de comportamentos. Por estas razões, o álcool tornou-se um foco principal da investigação, avaliando os seus efeitos sobre o corpo humano. Nesta pesquisa, foram suscitadas amostras de sangue de um grupo de pacientes em tratamento psicológico e/ou farmacêutico que serão analisadas com quatro métodos: Teste de Radicais Livres do Oxigénio (FORT), Defesa contra Radicais Livres do Oxigénio (FORD), cromatografia gasosa (GC) e cromatografia líquida de alta pressão (HPLC). Ambos os métodos FORT e FORD avaliam o stress oxidativo pela quantificação de radicais livres e a capacidade de antioxidantes em eliminar esses radicais livres, respetivamente. O stress oxidativo é o efeito do excesso de consumo de álcool, que é reduzido pela capacidade de ação dos antioxidantes. A boa reprodutibilidade, precisão e exatidão de ambos os métodos indicam que estes podem ser aplicados em rápidos diagnósticos. Para o método FORT e considerando o início do tratamento, os pacientes alcoólicos apresentaram uma média de 3,59±1.01mmol/LH2O2 e o grupo de controlo uma média de 1,42±0.53mmol/LH2O2, o que mostra uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0,0006). Para o método FORD, pacientes alcoólicos apresentam uma média de 1,07±0.53mmol/LH2O2 e o grupo de controlo, uma média de 2,81±0.46mmol/LH2O2, mostrando também uma média significativa (P=0,0075). Após 15 dias de tratamento observou-se que há uma diferença entre os dois grupos de pacientes alcoólicos, mas não há nenhum melhoramento em relação ao grupo de pacientes em tratamento. No método FORT os grupos mostram uma diferença significativa (P=0,0073), tendo os pacientes sem tratamento farmacêutico melhores resultados (2.37±0.44mmol/LH2O2) do que os pacientes com tratamento (3.72±1,04mmol/LH2O2). O oposto ocorre no método FORD, os pacientes em tratamento farmacêutico presentam melhores resultados (1.16±0.65mmol/LH2O2) do que o outro grupo (0.75±0.22mmol/LH2O2), não sendo, no entanto, uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0.16). Os resultados obtidos para a concentração de MDA pelo método de HPLC mostraram que o grupo de controlo tem valores mais baixos do que os pacientes alcoólicos, embora a diferença não seja muito significativa (P = 0,084), mas é ainda elevada. Além disso, os dois grupos de pacientes não apresentaram uma diferença significativa entre os seus resultados no início (P=0,77) e no fim (P=0,79) do tratamento. De acrescentar ainda que, os resultados da concentração de álcool no sangue determinados pelo método de CG mostraram que só alguns pacientes sem tratamento consumiram álcool durante o período de tratamento, o que influencia negativamente a conclusão sobre o efeito do tratamento. Contudo, outros fatores externos podem ainda influenciar os resultados finais, tais como o estado nutricional e estado psicológico dos pacientes, se o paciente continua a beber durante o tempo de tratamento ou até mesmo se o paciente é exposto a outros tipos de substâncias nocivas. Existe ainda a possibilidade de o tempo de aplicação do tratamento não ser suficiente para apresentar um efeito positivo em relação ao stress oxidativo e este é um outro fator que contribui para a impossibilidade de confirmar sobre o efeito, quer seja positivo ou negativo, do tratamento antioxidante.

Síntese de derivados de ácidos fenólicos e estudo da sua actividade antioxidante

A peroxidação lipídica, além de causar sérios danos no corpo humano, é a principal causa da deterioração dos alimentos afectando a sua cor, aroma e valor nutricional, o que conduz a uma diminuição do seu ciclo de vida. O fenómeno de oxidação pode ser retardado com recurso a antioxidantes, de origem natural ou sintética, que inibam a formação de espécies reactivas, ou que reajam com estas, formando posteriormente radicais com menor grau de reactividade. Nesta dissertação procedeu-se à síntese e elucidação estrutural de novos antioxidantes, derivados dos ácidos 3,4-diidroxibenzóico (PCA) e 3,4-diidroxifenilacético (DOPAC), e à avaliação da sua actividade anti-radicalar e antioxidante. Os novos antioxidantes sintetizados foram caracterizados usando RMN de 1H e de 13C, FTIR e EM-IE. A avaliação da actividade antioxidante foi realizada com base no método do radical 2,2- difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH·) e por técnicas electroquímicas (voltametria de impulso diferencial e voltametria cíclica). Os resultados obtidos permitiram concluir que a eficácia anti-radicalar (AE) é determinada por aspectos da estrutura molecular dos compostos, nomeadamente pela presença de grupos hidroxilo no anel aromático e também de grupos extensores relativamente à posição do grupo carboxílico. Os resultados permitiram verificar que o DOPAC apresenta a mais elevada eficiência anti-radicalar dos compostos em estudo, incluindo o trolox e o ácido gálhico (compostos de referência). Com base nos resultados obtidos concluiu-se que, um menor potencial de oxidação conduz a uma melhor actividade anti-radicalar dos compostos. De facto, verificou-se para o PCA e respectivos ésteres o maior potencial de oxidação e também a menor eficiência anti-radicalar. Em contrapartida, os antioxidantes com maior eficiência anti-radicalar, DOPAC, trolox e ácido gálhico, apresentaram menor potencial de oxidação.

Proof of Concept of the Electrochemical Sensing of 3-Iodothyronamine (T1AM) and Thyronamine (T0AM)

Recent studies have shown that, besides the well-recognized T3 and T4 hormones, there are other relevant thyroid hormones circulating in the human body. In particular, this is the case for 3-iodothyronamine (T1AM) and thyronamine (T0AM). One of the reasons for the lack of studies showing their precise importance is the absence of analytical methodologies available. Herein, for the first time, T1AM and T0AM are electrochemically characterized. T0AM was sensed by means of a glassy carbon electrode; furthermore, T1AM was sensed both with a graphitic surface (oxidatively) as well as with mercury (reductively). For both compounds, after oxidation, it was possible to observe the reversible redox reaction concerning the benzoquinone/hydroquinone couple, thus increasing the specificity of the electroanalysis. Therefore, this work provides the basis for an ‘at-point-of-use’ electrochemical strip test for T1AM and T0AM.

Sistema de deteção de arritmias

Esta dissertação apresenta o trabalho realizado no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação (TEDI), do 2º ano, do Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores no ramo de Automação e Sistemas. O principal objetivo desta dissertação consiste no desenvolvimento de um sistema que permita efetuar a deteção de um determinado número de anomalias num sinal eletrocardiográfico. O coração é um dos órgãos mais importantes do corpo humano. É ele que recebe e bombeia o sangue pelo organismo. Isto é, recebe sangue pobre em oxigénio, encaminha-o para os pulmões onde será enriquecido em oxigénio. O sangue enriquecido em oxigénio é então encaminhado novamente para o coração que será enviado para todas as partes do corpo humano. O eletrocardiograma desempenha um papel fundamental de modo a diagnosticar eventuais anomalias no correto funcionamento do coração. Estas anomalias podem dever-se a diversos fatores como tabaco, colesterol, pressão sanguínea alta ou diabetes entre outros. As anomalias associadas ao ritmo cardíaco são denominadas de arritmias. As arritmias são fundamentalmente originadas pela alteração da frequência ou do ritmo cardíaco. Utilizando a lógica difusa, pretendeu-se desenvolver um sistema que fizesse a identificação de um determinado número de tipos de batimentos entre os quais: o bloqueio do ramo esquerdo (LBBB), bloqueio do ramo direito (RBBB), contração prematura ventricular (VPC) e contração prematura auricular (APC). Todos os desenvolvimentos efetuados, a nível de programação, são neste documento relatados de forma a constituírem um possível guia para a utilização deste tipo de sistemas. Mais ainda, descrevem-se nele toda a pesquisa efetuada e as alternativas de desenvolvimento selecionadas. O Sistema de Deteção de Arritmias (SDA) desenvolvido mostrou-se eficaz desde que o utilizador consiga identificar corretamente os parâmetros que lhe são pedidos. A interface gráfica desenvolvida permitiu também uma maior facilidade durante a análise do sinal eletrocardiográfico.

Performance Analysis of IEEE 802.15.6 Contention-based MAC Protocol

IEEE International Conference on Communications (IEEE ICC 2015). 8 to 12, Jun, 2015, IEEE ICC 2015 - Communications QoS, Reliability and Modeling, London, United Kingdom.

Equipamentos hospitalares de diagnóstico por imagem, seu estudo, projeto e implementação

Neste trabalho foi desenvolvido um estudo detalhado dos equipamentos de imagiologia médica, que recorrem ao uso de radiação-X, bem como da ressonância magnética. No seguimento deste estudo foram realizadas diversas atividades com equipamentos reais, desde instalações, reparações, manutenções, até ao seu desmantelamento. Este tipo de atividade permitiu ter uma melhor perceção do funcionamento de cada equipamento e o tipo de trabalho que é realizado por um engenheiro eletrotécnico na PHILIPS no sector healthcare. Durante estas atividades foi possível fazer um estudo da qualidade de imagem, em termos de fatores geométricos, em que foi estudada a distorção, a ampliação e a penumbra de uma imagem. Todos estes parâmetros foram alvos de estudo de forma a poder obter imagens com grande qualidade, mas sem que seja comprometida a saúde do doente, devido à elevada exposição de radiação que corpo humano pode absorver. Este estudo tem como intuito perceber como é que a variação de certos parâmetros irá alterar a qualidade da imagem. Desta forma pretende-se perceber como podem ser calibrados os equipamentos de diagnóstico por imagem, para que o técnico de diagnóstico e terapêutica apenas tenha de indicar qual a parte do corpo humano a radiografar, sendo que a máquina se coloca automaticamente nos parâmetros pré-definidos sem qualquer intervenção humana.

Adverse Effect of Alcohol Drinking: The Role of Oxidative Stress

Atualmente, o álcool tem um papel importante na saúde pública e surge como um dos principais problemas sociais no mundo, dado que é a droga mais viciante aceite em encontros sociais. Provavelmente, por essa razão, os riscos do consumo abusivo do álcool são subestimados pelos jovens, mulheres grávidas e idosos. O álcool, quando ingerido em altas proporções, pode afetar todos os órgãos e desencadear inúmeras doenças, tais como a doença cardíaca coronariana, doença neurodegenerativa, as doenças crónicas e câncer. O álcool afeta ainda o estado psicológico, induzindo a violência, o estado antissocial e situações de risco de comportamentos. Por estas razões, o álcool tornou-se um foco principal da investigação, avaliando os seus efeitos sobre o corpo humano. Nesta pesquisa, foram suscitadas amostras de sangue de um grupo de pacientes em tratamento psicológico e/ou farmacêutico que serão analisadas com quatro métodos: Teste de Radicais Livres do Oxigénio (FORT), Defesa contra Radicais Livres do Oxigénio (FORD), cromatografia gasosa (GC) e cromatografia líquida de alta pressão (HPLC). Ambos os métodos FORT e FORD avaliam o stress oxidativo pela quantificação de radicais livres e a capacidade de antioxidantes em eliminar esses radicais livres, respetivamente. O stress oxidativo é o efeito do excesso de consumo de álcool, que é reduzido pela capacidade de ação dos antioxidantes. A boa reprodutibilidade, precisão e exatidão de ambos os métodos indicam que estes podem ser aplicados em rápidos diagnósticos. Para o método FORT e considerando o início do tratamento, os pacientes alcoólicos apresentaram uma média de 3,59±1.01mmol/LH2O2 e o grupo de controlo uma média de 1,42±0.53mmol/LH2O2, o que mostra uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0,0006). Para o método FORD, pacientes alcoólicos apresentam uma média de 1,07±0.53mmol/LH2O2 e o grupo de controlo, uma média de 2,81±0.46mmol/LH2O2, mostrando também uma média significativa (P=0,0075). Após 15 dias de tratamento observou-se que há uma diferença entre os dois grupos de pacientes alcoólicos, mas não há nenhum melhoramento em relação ao grupo de pacientes em tratamento. No método FORT os grupos mostram uma diferença significativa (P=0,0073), tendo os pacientes sem tratamento farmacêutico melhores resultados (2.37±0.44mmol/LH2O2) do que os pacientes com tratamento (3.72±1,04mmol/LH2O2). O oposto ocorre no método FORD, os pacientes em tratamento farmacêutico presentam melhores resultados (1.16±0.65mmol/LH2O2) do que o outro grupo (0.75±0.22mmol/LH2O2), não sendo, no entanto, uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0.16). Os resultados obtidos para a concentração de MDA pelo método de HPLC mostraram que o grupo de controlo tem valores mais baixos do que os pacientes alcoólicos, embora a diferença não seja muito significativa (P = 0,084), mas é ainda elevada. Além disso, os dois grupos de pacientes não apresentaram uma diferença significativa entre os seus resultados no início (P=0,77) e no fim (P=0,79) do tratamento. De acrescentar ainda que, os resultados da concentração de álcool no sangue determinados pelo método de CG mostraram que só alguns pacientes sem tratamento consumiram álcool durante o período de tratamento, o que influencia negativamente a conclusão sobre o efeito do tratamento. Contudo, outros fatores externos podem ainda influenciar os resultados finais, tais como o estado nutricional e estado psicológico dos pacientes, se o paciente continua a beber durante o tempo de tratamento ou até mesmo se o paciente é exposto a outros tipos de substâncias nocivas. Existe ainda a possibilidade de o tempo de aplicação do tratamento não ser suficiente para apresentar um efeito positivo em relação ao stress oxidativo e este é um outro fator que contribui para a impossibilidade de confirmar sobre o efeito, quer seja positivo ou negativo, do tratamento antioxidante.

Cooperative scheduling system with emergent swarm based behavior

This paper presents a Swarm based Cooperation Mechanism for scheduling optimization. We intend to conceptualize real manufacturing systems as interacting autonomous entities in order to support decision making in agile manufacturing environments. Agents coordinate their actions automatically without human supervision considering a common objective – global scheduling solution taking advantages from collective behavior of species through implicit and explicit cooperation. The performance of the cooperation mechanism will be evaluated consider implicit cooperation at first stage through ACS, PSO and ABC algorithms and explicit through cooperation mechanism application.

Effects of antihypertensive drugs in the differentiation and activation of human bone cells

O osso é um tecido metabolicamente ativo e a sua remodelação é importante para regular e manter a massa óssea. Esse processo envolve a reabsorção do material ósseo por ação dos osteoclastos e a síntese de novo material ósseo mediado pelos osteoblastos. Vários estudos têm sugerido que a pressão arterial elevada está associada a alterações no metabolismo do cálcio, o que leva ao aumento da perda de cálcio e da remoção de cálcio do osso. Embora as alterações no metabolismo ósseo sejam um efeito adverso associado a alguns fármacos antihipertensores, o conhecimento em relação a este efeito terapêutico ligado com os bloqueadores de canais de cálcio é ainda muito escasso. Uma vez que os possíveis efeitos no osso podem ser atribuídos à ação antihipertensiva dessas moléculas, ou através de um efeito direto nas atividades metabólicas ósseas, torna-se necessário esclarecer este assunto. Devido ao facto de que as alterações no metabolismo ósseo são um efeito adverso associado a alguns fármacos antihipertensores, o objetivo deste trabalho é avaliar o efeito que os bloqueadores dos canais de cálcio exercem sobre as células ósseas humanas, nomeadamente osteoclastos, osteoblastos e co-culturas de ambos os tipos celulares. Verificou-se que os efeitos dos fármacos antihipertensores variaram consoante o fármaco testado e o sistema de cultura usado. Alguns fármacos revelaram a capacidade de estimular a osteoclastogénese e a osteoblastogénese em concentrações baixas. Independentemente da identidade do fármaco, concentrações elevadas revelaram ser prejudiciais para a resposta das células ósseas. Os mecanismos intracelulares através dos quais os efeitos foram exercidos foram igualmente afetados de forma diferencial pelos diferentes fármacos. Em resumo, este trabalho demonstrou que os bloqueadores dos canais de cálcio utilizados possuem a capacidade de afetar direta- e indiretamente a resposta de células ósseas humanas, cultivadas isoladamente ou co-cultivadas. Este tipo de informação é crucial para compreender e prevenir os potenciais efeitos destes fármacos no tecido ósseo, e também para adequar e eventualmente melhorar a terapêutica antihipertensora de cada paciente.

Persistent organic pollutant levels in human visceral and subcutaneous adipose tissue in obese individuals - Depot differences and dysmetabolism implications

Background: The role of persistent organic pollutants (POPs) with endocrine disrupting activity in the aetiology of obesity and other metabolic dysfunctions has been recently highlighted. Adipose tissue (AT) is a common site of POPs accumulation where they can induce adverse effects on human health. Objectives: To evaluate the presence of POPs in human visceral (vAT) and subcutaneous (scAT) adipose tissue in a sample of Portuguese obese patients that underwent bariatric surgery, and assess their putative association with metabolic disruption preoperatively, as well as with subsequent body mass index (BMI) reduction. Methods: AT samples (n=189) from obese patients (BMI ≥35) were collected and the levels of 13 POPs were determined by gas chromatography with electron-capture detection (GC-ECD). Anthropometric and biochemical data were collected at the time of surgery. BMI variation was evaluated after 12 months and adipocyte size was measured in AT samples. Results: Our data confirm that POPs are pervasive in this obese population (96.3% of detection on both tissues), their abundance increasing with age (RS=0.310, p<0.01) and duration of obesity (RS=0.170, p<0.05). We observed a difference in AT depot POPs storage capability, with higher levels of ΣPOPs in vAT (213.9±204.2 compared to 155.1±147.4 ng/g of fat, p<0.001), extremely relevant when evaluating their metabolic impact. Furthermore, there was a positive correlation between POP levels and the presence of metabolic syndrome components, namely dysglycaemia and hypertension, and more importantly with cardiovascular risk (RS=0.277, p<0.01), with relevance for vAT (RS=0.315, p<0.01). Finally, we observed an interesting relation of higher POP levels with lower weight loss in older patients. Conclusion: Our sample of obese subjects allowed us to highlight the importance of POPs stored in AT on the development of metabolic dysfunction in a context of obesity, shifting the focus to their metabolic effects and not only for their recognition as environmental obesogens.

Localization system for pedestrians based on sensor and information fusion

Nowadays there is an increase of location-aware mobile applications. However, these applications only retrieve location with a mobile device's GPS chip. This means that in indoor or in more dense environments these applications don't work properly. To provide location information everywhere a pedestrian Inertial Navigation System (INS) is typically used, but these systems can have a large estimation error since, in order to turn the system wearable, they use low-cost and low-power sensors. In this work a pedestrian INS is proposed, where force sensors were included to combine with the accelerometer data in order to have a better detection of the stance phase of the human gait cycle, which leads to improvements in location estimation. Besides sensor fusion an information fusion architecture is proposed, based on the information from GPS and several inertial units placed on the pedestrian body, that will be used to learn the pedestrian gait behavior to correct, in real-time, the inertial sensors errors, thus improving location estimation.

Comportamento, Cognição e Linguagem: Contribuição da Fenomenologia Biológica para o Estudo das Relações Corpo-Mente

Um dos desafios mais importantes para as ciências humanas e particularmente para a educação consiste na compreensão das relações entre o comportamento, a cognição e a linguagem. O presente artigo apresenta uma concepção encorporada da cognição e da linguagem a partir da etologia humana. Baseando-se nas ideias da fenomenologia biológica sobre a intencionalidade, apresentam-se algumas das condições para o acesso científico às relações corpo-mente.