Fault diagnosis by refining the parameter uncertainty space of nonlinear dynamic systems

This paper deals with fault detection and isolation problems for nonlinear dynamic systems. Both problems are stated as constraint satisfaction problems (CSP) and solved using consistency techniques. The main contribution is the isolation method based on consistency techniques and uncertainty space refining of interval parameters. The major advantage of this method is that the isolation speed is fast even taking into account uncertainty in parameters, measurements, and model errors. Interval calculations bring independence from the assumption of monotony considered by several approaches for fault isolation which are based on observers. An application to a well known alcoholic fermentation process model is presented

An Interval Intelligent-based Approach for Fault Detection and Modelling

Not considered in the analytical model of the plant, uncertainties always dramatically decrease the performance of the fault detection task in the practice. To cope better with this prevalent problem, in this paper we develop a methodology using Modal Interval Analysis which takes into account those uncertainties in the plant model. A fault detection method is developed based on this model which is quite robust to uncertainty and results in no false alarm. As soon as a fault is detected, an ANFIS model is trained in online to capture the major behavior of the occurred fault which can be used for fault accommodation. The simulation results understandably demonstrate the capability of the proposed method for accomplishing both tasks appropriately

Constraint satisfaction techniques under uncertain conditions for fault diagnosis in nonlinear dynamic systems

The speed of fault isolation is crucial for the design and reconfiguration of fault tolerant control (FTC). In this paper the fault isolation problem is stated as a constraint satisfaction problem (CSP) and solved using constraint propagation techniques. The proposed method is based on constraint satisfaction techniques and uncertainty space refining of interval parameters. In comparison with other approaches based on adaptive observers, the major advantage of the presented method is that the isolation speed is fast even taking into account uncertainty in parameters, measurements and model errors and without the monotonicity assumption. In order to illustrate the proposed approach, a case study of a nonlinear dynamic system is presented

Multifunctional ligands for application in Alzheimer’s Disease: molecular modelling and biological evaluation

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of British Columbia, Canadà, entre 2010 i 2012 La malaltia d'Alzheimer (MA) representa avui la forma més comuna de demència en la població envellida. Malgrat fa 100 anys que va ser descoberta, encara avui no existeix cap tractament preventiu i/o curatiu ni cap agent de diagnòstic que permeti valorar quantitativament l'evolució d'aquesta malaltia. L'objectiu en el que s'emmarca aquest treball és contribuir a aportar solucions al problema de la manca d'agents terapèutics i de diagnosi, unívocs i rigorosos, per a la MA. Des del camp de la química bioinorgànica és fàcil fixar-se en l'excessiva concentració d'ions Zn(II) i Cu(II) en els cervells de malalts de MA, plantejar-se la seva utilització com a dianes terapèutica i, en conseqüència, cercar agents quelants que evitin la formació de plaques senils o contribueixin a la seva dissolució. Si bé aquest va ser el punt de partida d’aquest projecte, els múltiples factors implicats en la patogènesi de la MA fan que el clàssic paradigma d’ ¨una molècula, una diana¨ limiti la capacitat de la molècula de combatre aquesta malaltia tan complexa. Per tant, un esforç considerable s’ha dedicat al disseny d’agentsmultifuncionals que combatin els múltiples factors que caracteritzen el desenvolupament de la MA. En el present treball s’han dissenyat agents multifuncionals inspirats en dos esquelets moleculars ben establers i coneguts en el camp de la química medicinal: la tioflavina-T (ThT) i la deferiprona (DFP). La utilització de tècniques in silico que inclouen càlculs farmacocinètics i modelatge molecular ha estat un procés cabdal per a l’avaluació dels millors candidats en base als següents requeriments: (a) compliment de determinades propietats farmacocinètiques que estableixin el seu possible ús com a fàrmac (b) hidrofobicitat adequada per travessar la BBB i (c) interacció amb el pèptid Aen solució.

Desarrollo y validación de ensayos rápidos para la detección de aeroalérgenos ocupacionales/ambientales: soja i proteinas séricas de paloma

Tanto el asma ocupacional como la neumonitis por hipersensibilidad, como es el pulmón del cuidador de aves, son patologías respiratorias que se pueden prevenir o disminuir su aparición mediante la evitación de la fuente antigénica. Para poder actuar de forma preventiva es de utilidad el disponer de ensayos rápidos que sean capaces de estimar la presencia de alérgeno de forma inmediata. En el marco de este proyecto de dos años de duración tenemos por objeto el desarrollar y estandarizar dos métodos rápidos, inmunocromatográficos, para la determinación de alérgenos de soja y de proteínas séricas de paloma. Alérgenos que han sido seleccionados por su importancia en el medio como agentes causales de asma y neumonitis por hipersensibilidad, respectivamente. También tenemos por objeto determinar la carga de alérgeno de soja en la fracción de partículas menores de 10 micrómetros (PM10) en los alrededores del puerto de Barcelona y comprarla con los niveles en los filtros de partículas suspendidas totales (TSP). Como pasos previos al desarrollo de los ensayos rápidos se han producido anticuerpos específicos frente al extracto de cáscara de soja de bajo peso molecular y frente al suero de paloma, se ha desarrollado un ELISA tipo sándwich para cada alérgeno y parte de los anticuerpos se ha conjugado con oro coloidal. El ensayo inmunocromatográfico para la soja presenta un límite de detección de 6.25ng/ml y ha sido validado mediante el análisis de 119 muestras ambientales, presentando una elevada especificidad y sensibilidad. El ensayo inmunocromatográfico para la determinación de antígenos séricos de paloma requiere ser validado. Mediante un métodos de ELISA de inhibición se han determinado los niveles de alérgeno de soja en filtros PM10 y TSP. A pesar de la buena correlación entre los niveles de alérgeno en ambos filtros, se observó una amplia variación en la proporción PM10/TSP entre días.

Análisis y diseño de antenas dipolo y parche para aplicaciones implantadas en el cuerpo humano

En els darrers anys, els sistemes de telemetria per a aplicacions mèdiques han crescut significativament en el diagnòstic i en la monitorització de, per exemple, la glucosa, la pressió de la sang, la temperatura, el ritme cardíac... Els dispositius implantats amplien les aplicacions en medicina i incorpora una millora de qualitat de vida per a l’usuari. Per aquest motiu, en aquest projecte s’estudien dues de les antenes més comuns, com son l’antena dipol i el patch, aquesta última és especialment utilitzada en aplicacions implantades. En l’anàlisi d’aquestes antenes s’han parametritzat característiques relacionades amb l’entorn de l’aplicació, així com també de la pròpia antena, explicant el comportament que, a diferencia amb l’espai lliure, les antenes presenten a canvis d’aquests paràmetres. Al mateix temps, s’ha implementat una configuració per a la mesura d’antenes implantades basat en el model del cos humà d’una capa. Comparant amb els resultats de les simulacions realitzades mitjançant el software FEKO, s’ha obtingut gran correspondència en la mesura empírica d’adaptació i de guany de les antenes microstrip. Gràcies a l’anàlisi paramètric, aquest projecte també presenta diversos dissenys de les antenes optimitzant el guany realitzable amb l’objectiu d’aconseguir la millor comunicació possible amb el dispositiu extern o estació base.

Cardiac injuries in blunt chest trauma

Blunt chest traumas are a clinical challenge, both for diagnosis and treatment. The use ofCardiovascular Magnetic Resonance can play a major role in this setting. We present two cases: a12-year-old boy and 45-year-old man. Late gadolinium enhancement imaging enabled visualizationof myocardial damage resulting from the trauma.

Toward integrated management of cerebral aneurysms

In the last few years, some of the visionary concepts behind the virtual physiological human began to be demonstrated on various clinical domains, showing great promise for improving healthcare management. In the current work, we provide an overview of image- and biomechanics-based techniques that, when put together, provide a patient-specific pipeline for the management of intracranial aneurysms. The derivation and subsequent integration of morphological, morphodynamic, haemodynamic and structural analyses allow us to extract patient-specific models and information from which diagnostic and prognostic descriptors can be obtained. Linking such new indices with relevant clinical events should bring new insights into the processes behind aneurysm genesis, growth and rupture. The development of techniques for modelling endovascular devices such as stents and coils allows the evaluation of alternative treatment scenarios before the intervention takes place and could also contribute to the understanding and improved design of more effective devices. A key element to facilitate the clinical take-up of all these developments is their comprehensive validation. Although a number of previously published results have shown the accuracy and robustness of individual components, further efforts should be directed to demonstrate the diagnostic and prognostic efficacy of these advanced tools through large-scale clinical trials.

Temporal diffeomorphic free-form deformation: application to motion and strain estimation from 3D echocardiography

This paper presents a new registration algorithm, called Temporal Di eomorphic Free Form Deformation (TDFFD), and its application to motion and strain quanti cation from a sequence of 3D ultrasound (US) images. The originality of our approach resides in enforcing time consistency by representing the 4D velocity eld as the sum of continuous spatiotemporal B-Spline kernels. The spatiotemporal displacement eld is then recovered through forward Eulerian integration of the non-stationary velocity eld. The strain tensor iscomputed locally using the spatial derivatives of the reconstructed displacement eld. The energy functional considered in this paper weighs two terms: the image similarity and a regularization term. The image similarity metric is the sum of squared di erences between the intensities of each frame and a reference one. Any frame in the sequence can be chosen as reference. The regularization term is based on theincompressibility of myocardial tissue. TDFFD was compared to pairwise 3D FFD and 3D+t FFD, bothon displacement and velocity elds, on a set of synthetic 3D US images with di erent noise levels. TDFFDshowed increased robustness to noise compared to these two state-of-the-art algorithms. TDFFD also proved to be more resistant to a reduced temporal resolution when decimating this synthetic sequence. Finally, this synthetic dataset was used to determine optimal settings of the TDFFD algorithm. Subsequently, TDFFDwas applied to a database of cardiac 3D US images of the left ventricle acquired from 9 healthy volunteers and 13 patients treated by Cardiac Resynchronization Therapy (CRT). On healthy cases, uniform strain patterns were observed over all myocardial segments, as physiologically expected. On all CRT patients, theimprovement in synchrony of regional longitudinal strain correlated with CRT clinical outcome as quanti ed by the reduction of end-systolic left ventricular volume at follow-up (6 and 12 months), showing the potential of the proposed algorithm for the assessment of CRT.

Dynamic estimation of three-dimensional cerebrovascular deformation from rotational angiography

Purpose: The objective of this study is to investigate the feasibility of detecting and quantifying 3D cerebrovascular wall motion from a single 3D rotational x-ray angiography (3DRA) acquisition within a clinically acceptable time and computing from the estimated motion field for the further biomechanical modeling of the cerebrovascular wall. Methods: The whole motion cycle of the cerebral vasculature is modeled using a 4D B-spline transformation, which is estimated from a 4D to 2D + t image registration framework. The registration is performed by optimizing a single similarity metric between the entire 2D + t measured projection sequence and the corresponding forward projections of the deformed volume at their exact time instants. The joint use of two acceleration strategies, together with their implementation on graphics processing units, is also proposed so as to reach computation times close to clinical requirements. For further characterizing vessel wall properties, an approximation of the wall thickness changes is obtained through a strain calculation. Results: Evaluation on in silico and in vitro pulsating phantom aneurysms demonstrated an accurate estimation of wall motion curves. In general, the error was below 10% of the maximum pulsation, even in the situation when substantial inhomogeneous intensity pattern was present. Experiments on in vivo data provided realistic aneurysm and vessel wall motion estimates, whereas in regions where motion was neither visible nor anatomically possible, no motion was detected. The use of the acceleration strategies enabled completing the estimation process for one entire cycle in 5-10 min without degrading the overall performance. The strain map extracted from our motion estimation provided a realistic deformation measure of the vessel wall. Conclusions: The authors' technique has demonstrated that it can provide accurate and robust 4D estimates of cerebrovascular wall motion within a clinically acceptable time, although it has to be applied to a larger patient population prior to possible wide application to routine endovascular procedures. In particular, for the first time, this feasibility study has shown that in vivo cerebrovascular motion can be obtained intraprocedurally from a 3DRA acquisition. Results have also shown the potential of performing strain analysis using this imaging modality, thus making possible for the future modeling of biomechanical properties of the vascular wall.

La meiosi

La unitat didàctica s’inicia amb una seqüència per emfatitzar la importància del llenguatge en ciències, contextualitzada en el desxiframent dels jeroglífics egipcis i en el mètode hipotètic-deductiu que s’utilitzà per a desxifrar-los. Aquest, serà el fil conductor per introduir la meiosi, ara emmarcada en un cas de Síndrome de Down, determinat en el cariotip de l’embrió d’una parella que rep el diagnòstic prenatal d’un equip investigador. Amb activitats proposades durant les sis sessions l’alumne haurà d’ aprendre a identificar evidències, a justificar proves a partir de continguts teòrics, i a formular hipòtesis a partir d’un cas; a explicitar el procés amb recursos simbòlics i visuals; a comprendre’n la funcionalitat i a caracteritzar-ne les fases. S’utilitzen eines de regulació tals com el treball cooperatiu i la coavaluació, així com pautes i bases d’orientació. També es treballen les idees prèvies i l’atenció a la diversitat present a l’aula.

El patró “no dipper” i la rigidesa arterial, poden estar relacionats amb les lesions glomerulars incipients dels pacients amb obesitat mòrbida?

La monitorització ambulatòria de la pressió arterial (MAPA) és la millor tècnica pel diagnòstic d’hipertensió arterial i es relaciona millor amb l’afectació d’òrgans diana respecte la pressió arterial clínica. Recentment, s’ha descrit un indicador de rigidesa arterial que s’ estima a partir de la MAPA, l’ Ambulatory Arterial Stiffnes Index (AASI). En aquest treball es valora si els pacients amb obesitat mòrbida presenten rigidesa arterial mesurada a través de la MAPA i s’identifiquen factors de risc associats amb la lesió glomerular i vascular.

Rendimiento diagnóstico de la spect-tc post terapéutica en la estadificación inicial del cáncer diferenciado de tiroides

El rastreo corporal total (RCT) luego de la primera radioablación con 131I en pacientes diagnosticados de carcinoma diferenciado de tiroides (CDT) permite una re-estadificación de la enfermedad. Sin embargo, su información anatómica es escasa y la elevada actividad de los restos tiroideos puede interferir con la detección de adenopatías cervicales. En este estudio se determinó el valor diagnóstico de la SPECT-TC respecto al RCT, concluyendo que la misma aporta información relevante para determinar el compromiso ganglionar, resolviendo los patrones indeterminados observados en los estudios planares y permitiendo una mejor estadificación de los pacientes al final de su periodo de tratamiento.

Osteomielitis vertebral hematógena relacionada con la asistencia sanitaria: Características epidemiológicas, clínicas y evolución

Se trata de un estudio retrospectivo de los factores predisponentes, etiología, clínica, diagnóstico y evolución de las osteomielitis vertebrales hematógenas (OVH) relacionadas con la asistencia sanitaria (OVHAS) en pacientes adultos diagnosticados en el Hospital Valle de Hebrón durante el periodo comprendido entre 1987 y 2011, y posterior comparación con las de origen comunitario. Como principales conclusiones, un tercio de las OVH están relacionadas con la asistencia sanitaria, y un tercio se asocian a infección de catéter. Los pacientes con OVHAS tienen más patología subyacente, foco conocido de la infección, y peor evolución en cuanto a mortalidad y recidiva.

Rentabilidad diagnóstica de las pruebas de provocación bronquial específicas en neumonitis por hipersensibilidad

Estudio de la rentabilidad diagnóstica de las pruebas de provocación bronquial específicas (PPBE) en la neumonitis por hipersensibilidad (NH) a partir de los pacientes derivados para la realización de dicha prueba entre junio de 1995 y diciembre de 2010. De los 113 pacientes, la prueba fue positiva en 68 de los cuales 64 fueron diagnosticados de NH. De los 45 con PPBE negativa, 24 se diagnosticaron de NH. La sensibilidad y especificidad fueron del 72.7% y 84%, respectivamente. En NH una PPBE positiva prácticamente confirma el diagnóstico, mientras que un resultado negativo no la descarta