Human activity recognition for an intelligent knee orthosis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Human activity recognition with accelerometry: novel time and frequency features

Human Activity Recognition systems require objective and reliable methods that can be used in the daily routine and must offer consistent results according with the performed activities. These systems are under development and offer objective and personalized support for several applications such as the healthcare area. This thesis aims to create a framework for human activities recognition based on accelerometry signals. Some new features and techniques inspired in the audio recognition methodology are introduced in this work, namely Log Scale Power Bandwidth and the Markov Models application. The Forward Feature Selection was adopted as the feature selection algorithm in order to improve the clustering performances and limit the computational demands. This method selects the most suitable set of features for activities recognition in accelerometry from a 423th dimensional feature vector. Several Machine Learning algorithms were applied to the used accelerometry databases – FCHA and PAMAP databases - and these showed promising results in activities recognition. The developed algorithm set constitutes a mighty contribution for the development of reliable evaluation methods of movement disorders for diagnosis and treatment applications.

Human activity data discovery based on accelerometry

Dissertation to Obtain Master Degree in Biomedical Engineering

People and object tracking for video annotation

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Analysis of the intranuclear life of nonsense transcripts

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Biologia, Especialidade de Biologia Molecular

Video interaction using pen-based technology

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Informática

Video metadata extraction in a videoMail system

Currently the world swiftly adapts to visual communication. Online services like YouTube and Vine show that video is no longer the domain of broadcast television only. Video is used for different purposes like entertainment, information, education or communication. The rapid growth of today’s video archives with sparsely available editorial data creates a big problem of its retrieval. The humans see a video like a complex interplay of cognitive concepts. As a result there is a need to build a bridge between numeric values and semantic concepts. This establishes a connection that will facilitate videos’ retrieval by humans. The critical aspect of this bridge is video annotation. The process could be done manually or automatically. Manual annotation is very tedious, subjective and expensive. Therefore automatic annotation is being actively studied. In this thesis we focus on the multimedia content automatic annotation. Namely the use of analysis techniques for information retrieval allowing to automatically extract metadata from video in a videomail system. Furthermore the identification of text, people, actions, spaces, objects, including animals and plants. Hence it will be possible to align multimedia content with the text presented in the email message and the creation of applications for semantic video database indexing and retrieving.

Interfaces for television content sharing and annotation

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Development and efficiency optimizing of the human body energy converters

Nowadays it is known that the human body is continuous source of many types of energy and the devices used for collecting energy taken from the environment also have the required capabilities for the collection of the energy produced by the Human body (HB), but very limited and with very low efficiency. Low power and high yield converters are particularly needed in these cases of collecting energy from human activity and its movements due to the small amount of energy generated this way. But this situation can be improved. Enhancing or focusing the human movements by using mechanical amplifiers applied to the piezoelectric element. By doing so the input of energy in the element increases. As such increasing its output, therefore producing more energy.

Internet Geography: Spaces of Innovation

Information Society plays an important role in all kinds of human activity, inducing new forms of economic and social organization and creating knowledge. Over the last twenty years of the 20th century, large investments in telecommunication networks were made to approach economies and put an end to the asymmetries. The most isolated regions were the beneficiaries of this new technological investment’s wave disseminating trough the territories. The new economic scenarios created by globalisation make high capacity backbones and coherent information society polity, two instruments that could change regions fate and launch them in to an economic development context. Technology could bring international projection to services, products and could be the differentiating element between a national and an international economic strategy. So, the networks and its fluxes are becoming two of the most important variables to the economies. Measuring and representing this new informational accessibility, mapping new communities, finding new patterns and localisation models, could be today’s challenge. In the physical/real space, location is defined by two or three geographical co-ordinates. In the network/virtual space or in cyberspace, geography seems incapable to define location, because it doesn’t have a good model. Trying to solve the problem and based on geographical theories and concepts, new fields of study came to light. Internet Geography is one example. In this paper and using Internet Geography and informational cartography, it was possible to observe and analyse the spacialisation of the Internet phenomenon trough the distribution of the IP addresses in the Portuguese territory. This work shows the great potential and applicability of this indicator to regional development studies, and at the same time. The IP address distribution of Country Code Top Level Domains (.pt for Portugal) could show the same economic patterns, reflecting territorial inflexibility or, by opposition, new regional hierarchies. The spatial concentration or dispersion of top level domains seems to be a good instrument to analyse the info-structural dynamic and economic development of a territory, especially at regional level. At the same time it shows that information technologies are essential to innovation and competitive advantage.

Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.

Gesture based interface for image annotation

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

A questão visual na oftalmologia pediátrica da região de Lisboa

RESUMO: Na parte inicial incluem-se algumas notas sucintas com base no panorama científico,histórico e cultural da visão considerada segundo três abordagens - o olho (o olho humano na especificidade da sua posição filogenética, elemento anátomo-funcional básico do sistema visual ao qual o cérebro pertence), os olhos (unidades gémeas essenciais do rosto na sua actividade consensual e conjugada da binocularidade), o olhar (carregado de expressão psicológica e o seu efeito sobre o observador, sinal para o comportamento e criador de sentimentos, sedimentado em obras de arte e em formas de superstição dos povos). Segue-se a apresentação de um estudo descritivo transversal, como contribuição para o conhecimento do estado de saúde visual da população infantil da região de Lisboa e determinar factores que o influenciam. Entre Outubro de 2005 e Agosto de 2006 examinaram-se 649 crianças com idade inferior a 10 anos da Consulta de Oftalmologia Pediátrica dos Serviços de Assistência Médico-Social do Sindicato dos Bancários do Sul e Ilhas (SAMS). Colheram-se dados respeitantes a mais de 250 variáveis primárias que cobriram a maior parte dos itens do exame oftalmológico habitual. Na análise dos dados teve-se especialmente em conta a idade, com um papel decisivo nas principais fases de desenvolvimento do sistema visual. No caso das crianças de 6 a 7 anos de idade põem-se lado a lado resultados dos SAMS e das Escolas. A profusão de dados numéricos ditou a necessidade da determinação frequente da significância estatística dos resultados de subgrupos. Alguns resultados do estudo, na sua maioria do grupo SAMS: Crianças de 6-7 anos, 71,1% (SAMS) e 91,5% (Escolas) não tinham sido examinadas com menos de 4 anos. Frequência global de alterações miópicas 9,4%, de alterações hipermetrópicas 25,3%, umas e outras com variações acentuadas com a idade. Estrabismo convergente 3,9%. Ambliopia 2,6% (13/491 crianças >=4 anos de idade), mais frequente no sexo feminino, naquelas que tiveram a sua 1ª observação depois dos 4 anos e em que os pais não aderiam à terapêutica prescrita. Objectivos específicos ocuparam-se da acuidade visual e da refracção ocular. O estudo comparativo da refractometria automática sem e com cicloplegia permitiu evidenciar que o teste da acuidade visual é insuficiente, por si só, para fazer o diagnóstico correcto. A análise dos antecedentes familiares oftalmológicos demonstrou a importância do seu conhecimento e pôs em evidência, entre outras, as seguintes relações: 10 pag1.qxp 27-11-2001 18:28 Page 10 Índice Geral 11 Crianças com antecedentes de alterações miópicas têm maior frequência de diagnóstico de alterações miópicas e de refracção negativa, uma taxa mais elevada de correspondência quantitativa diagnóstico/refracção nas alterações miópicas. Estas crianças também têm, em geral, características inversas no que diz respeito a alterações hipermetrópicas. Crianças com antecedentes de alterações hipermetrópicas têm maior frequência de diagnóstico de alterações hipermetrópicas. Crianças com antecedentes de estrabismo têm maior frequência de diagnóstico de estrabismo convergente manifesto e de esodesvios no seu todo. Crianças com antecedentes familiares de astigmatismo têm maior frequência de diagnóstico de astigmatismo. Traçam-se alguns perfis oftalmológicos infantis que permitem apreciar de forma sinóptica um conjunto de parâmetros da saúde da visão. Os dados colhidos sobre a aderência dos pais à terapêutica prescrita e sobre a atitude em relação ao uso de óculos assim como os dados sobre o comportamento da criança na sala de aula e dificuldades de aprendizagem foram em geral escassos para permitirem tirar conclusões, embora mostrem indícios a investigar futuramente. Paralelamente ortoptistas e enfermeiras efectuaram um rastreio escolar da acuidade visual <0,8 e de alterações da motilidade ocular extrínseca que abrangeu 520 alunos do 1º ano do 1º ciclo do ensino básico (2005/2006) das escolas públicas da cidade de Lisboa. 101 destas crianças foram observadas no consultório da autora, umas referidas a partir do rastreio, outras como controlo deste. Quanto à acuidade visual o valor preditivo do teste negativo foi de 91% mas o do teste positivo de apenas 67% (33% de falsos positivos, consequentemente uma alta taxa de sobrerreferenciação). A qualidade do rastreio efectuado por ortoptistas foi inferior à do efectuado por enfermeiras. O rastreio não teve qualidade aceitável. Foi feito um inquérito a médicos e enfermeiros de centros de saúde sobre conhecimentos, atitudes e práticas em relação com os cuidados de oftalmologia pediátrica. Discutem-se os resultados, tiram-se conclusões e fazem-se recomendações susceptíveis de contribuir para uma melhor saúde visual das crianças. ABSTRACT: Firstly some brief remarks are made based on the scientific, historical and cultural panorama of the human vision with regard to three approaches: the eye (the human eye in its specific filogenetic place, fundamental anatomofunctional element of the visual system in interaction with the brain), the eyes (essential twin units of the face with their consensual and conjugated binocular activity), the gaze (psychologicaly overloaded, a means to express oneself and to influence the observer, a guide to other persons' behaviour, consolidated in works of art and in people's traditional superstitious believes and ways of thinking). A report is made on a cross-sectional descriptive study whose goal is to contribute to the knowledge of the level of visual health of children in the Lisbon Region and to identify factors which determine it. Between October 2005 and August 2006 649 children under 10 years were observed at the pediatric ophthalmologic consultation in the SAMS (Serviços de Assistência Médico-Social do Sindicato dos Bancários do Sul e Ilhas). Data were collected concerning more than 250 primary variables covering most itens of the usual ophthalmological examination. Special attention was paid to children's age since it plays a crucial role in main stages of visual system development. In the case of children age 6 to 7 SAMS and school results are often put side by side. On account of the great number of numerical data it was often necessary to look at the degree of statistical significancy of differencies between subgroups. Some of the study's results (mostly SAMS): Children age 6 to 7 - 71,1% (SAMS) and 91,5% (Schools) had not an ophthalmologic examination before 4 years old. Total frequency of myopic disorders 9,4%, of hypermetropic disorders 25,3%, both showing great differences between age groups; convergent strabismus 3,9%; amblyopia 2,6% (13/491 children over 3 years old), more frequent among little girls, in those with 1st examination after 4 years old and in those whose parents didn´t complied to the therapy ordered for the child. Specific objectives dealt with visual acuity and ocular refraction. The comparison of automatic refractometry without and with cycloplegy showed that visual acuity testing is often not enough for a correct diagnosis. Eye disorders in the family history proved to be a very important information. Analysis of corresponding data disclosed a lot of relationships among others: 12 pag1.qxp 27-11-2001 18:28 Page 12 Índice Geral 13 Children with a family history of myopic disorders have more frequently a diagnosis of myopic disorders and a negative refraction, a higher rate of quantitative diagnosis/refraction matching concerning myopic disorders. Those children have in general inverse characteristics regarding hypermetropic disorders. Children with a family history of hypermetropic disorders have more frequently a diagnosis of hypermetropic disorders. Children with a family history of strabismus have more frequently a diagnosis of manifest convergent strabismus and all forms of esodeviations. Children with a family history of astigmatism have more frequently a diagnosis of astigmatism. Ophthalmologic profiles are drawn allowing to take into account in a synoptic way a set of visual health parameters. Data on parents' compliance with therapy ordered for the child, and attitudes regarding child's glass wearing, as well as data on child's behaviour in the classroom and learning difficulties were as a rule too few to allow conclusions but still need more studies in the future. Orthoptists and nurses performed in the same study period a screening of visual acuity <0,8 and of ocular motility disorders addressed to children of 1srt degree of public schools (term 2005/2006) in the town of Lisbon. 520 of such children were screened. 101 of them were examined by the author in her medical office; some were refered, the others taken as a control. Regarding visual acuity the predictive value of a negative test was 91% but the predictive value of a positive test was only 67% (33% of false positive results, consequently a too high rate of overreferal). Performed by orthoptists screening quality was inferior in comparison with screening done by nurses. On the whole this screening had not the required quality. A survey on physicians' and nurses' knowledge, attitudes and practices related to pediatric ophthalmologic care was carried out in health centers. Results are discussed, conclusions drawn. Some suggestions are made aiming at a better children's visual health.

Insights into human carboxylesterase 2 stability and activity in vivo and in vitro

Dissertation to obtain a Master Degree in Biotechnology

Algorithms for information extraction and signal annotation on long-term biosignals using clustering techniques

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica