Improving minimum rate predictors algorithm for compression of volumetric medical images

Medical imaging technologies are experiencing a growth in terms of usage and image resolution, namely in diagnostics systems that require a large set of images, like CT or MRI. Furthermore, legal restrictions impose that these scans must be archived for several years. These facts led to the increase of storage costs in medical image databases and institutions. Thus, a demand for more efficient compression tools, used for archiving and communication, is arising. Currently, the DICOM standard, that makes recommendations for medical communications and imaging compression, recommends lossless encoders such as JPEG, RLE, JPEG-LS and JPEG2000. However, none of these encoders include inter-slice prediction in their algorithms. This dissertation presents the research work on medical image compression, using the MRP encoder. MRP is one of the most efficient lossless image compression algorithm. Several processing techniques are proposed to adapt the input medical images to the encoder characteristics. Two of these techniques, namely changing the alignment of slices for compression and a pixel-wise difference predictor, increased the compression efficiency of MRP, by up to 27.9%. Inter-slice prediction support was also added to MRP, using uni and bi-directional techniques. Also, the pixel-wise difference predictor was added to the algorithm. Overall, the compression efficiency of MRP was improved by 46.1%. Thus, these techniques allow for compression ratio savings of 57.1%, compared to DICOM encoders, and 33.2%, compared to HEVC RExt Random Access. This makes MRP the most efficient of the encoders under study.

Soluções de controlo de dispositivos para automação residencial

Nos últimos anos temos assistido ao aparecimento de novos dispositivos inteligentes e sistemas de automação residencial. Com o objetivo de conectar e controlar equi- pamentos eletrónicos, dentro de uma habitação, existe a necessidade de desenvolver soluções integradas de controlo remoto. Os smartphones, apresentam todas as carac- terísticas, poder computacional e portabilidade, ideais para controlo e monitorização deste tipo de dispositivos. Quando se considera o desenvolvimento de um produto novo e dependendo do problema, escolher a abordagem e tecnologias mais adequadas nem sempre é fácil. Este projeto apresenta um conjunto de tecnologias e soluções de controlo baseadas em arquiteturas móveis. Para prova de conceito, e baseado num sistema real (IVIT), é proposta uma solução inovadora usando um smartphone. O IVIT, desenvolve uma tecnologia para aplicar num reservatório de aquecimento de água de inércia variável, com funcionalidades de monitorização, controlo e operação colaborativa do sistema de aquecimento. Os resultados obtidos comprovaram que o desempenho da aplicação ultrapassou as expectativas e que a solução proposta é uma alternativa viável para o controlo de dispositivos para automação residencial usando smartphones.

Desenvolvimento de aplicações que marcam presença na web

O principal objectivo deste relatório é documentar a experiência como estagiário na empresa The Silver Factory – Marketing, Design e Gestão Comercial, Lda, no âmbito da unidade curricular de Estágio do Mestrado em Engenharia-Informática – Computação Móvel (MEI-CM). Sendo este estágio uma parte integrante para a obtenção do grau de Mestre, foram postos em prática conhecimentos adquiridos ao longo do meu percurso universitário (Licenciatura e 1º ano de Mestrado) de modo a concluir com sucesso todos os projetos que me foram propostos. Durante este estágio trabalhei na área da comunicação online, através do desenvolvimento de websites e auxiliando na gestão do alojamento dos clientes. O principal objetivo foi desenvolver um backoffice e os seus respetivos componentes. Dos vários componentes desenvolvidos os mais importantes foram o Content Management System que permite fazer a gestão do conteúdo apresentado em frontend, e o Projetct Management Tool, que permite a uma empresa gerir os seus clientes, e os projetos que desenvolve para os mesmos, com a possibilidade de visualização do progresso de desenvolvimento desses projetos utilizando um gráfico de Gantt interativo.

SDN: os novos desafios na gestão de redes de comunicação

Com a evolução da Informática e com o aparecimento de novos dispositivos com acesso à Internet, o número destes dispositivos subiu acentuadamente, logo, o fluxo de tráfego na rede também. Apesar deste aumento de fluxo, os utilizadores desejam, cada vez mais, que o seu acesso à Internet e os conteúdos que utilizam sejam rápidos e que haja inovações nos serviços das operadoras a que estão associados. Por isso, é importante simplificar a rede tradicional. Esta simplificação leva à programação de redes que, por sua vez, está diretamente relacionada com o SDN. Também a virtualização de redes está relacionada com este tema da programação de redes, visto terem surgido duas abordagens que são convergentes e que se podem complementar: SDN e NFV. Tendo em conta a vantagem e o potencial do SDN, a sua utilização na gestão de serviços de comunicação veio a revelar-se muito útil para colmatar alguns dos problemas até aí encontrados. Por isso propõe-se a criação de uma solução de apoio ao desenvolvimento e teste de redes e serviços de comunicação antes de estes serem colocados em produção. A automatização de processos ou utilização de ferramentas de apoio à evolução e otimização da rede fazem com que a mesma se torne mais rápida, intuitiva e menos suscetível a falhas. Estes fatores levam a que novos serviços possam ser criados e colocados mais rapidamente em produção, como é desejo de consumidores e operadoras de telecomunicação. Assim, tanto os recursos humanos como os recursos materiais serão muito mais bem aproveitados. Tudo isto, tendencialmente, levará a uma melhoria dos resultados financeiros das operadoras.

CUDA-MMP - Codificação de imagens com sistemas com múltiplos núcleos

Hoje em dia, a área de codificação de dados é transversal a diversos tipos de engenharias devido à sua grande importância. Com o aumento exponencial na criação de dados digitais, o campo da compressão de dados ganhou uma grande visibilidade nesta área. São constantemente desenvolvidos e melhorados algoritmos de compressão por forma a obter a maior compressão de dados possível seja com ou sem perda de dados, permitindo sustentar o rápido e constante crescimento dos mesmos. Um dos grandes problemas deste tipo de algoritmos deve-se ao grande poder computacional que por vezes é necessário para obter uma boa taxa de compressão mantendo a qualidade dos dados quando descompactados. Este documento descreve uma estratégia para tentar reduzir o impacto do poder computacional necessário à codificação de imagens utilizando uma implementação heterogénea. O objetivo é tentar efetuar a paralelização das secções que requerem elevado poder computacional reduzindo assim o tempo necessário à compressão de dados. Este documento baseia-se na implementação desta estratégia para o algoritmo de codificação de imagens MMP-Intra. Utilizando inicialmente uma análise teórica, demonstramos que é viável efetuar a paralelização do algoritmo, sendo possível obter elevados ganhos de desempenho. Por forma a provar que o algoritmo MMP-Intra era paralelizavel e identificar os ganhos reais foi desenvolvido um protótipo inicial, o qual obteve um desempenho muito inferiore ao do algoritmo original, necessitando de muito mais tempo para obter os mesmo resultados. Utilizando um processo de otimização iterativo o protótipo passou por várias etapas de refinação. O protótipo refinado final obteve resultados muito superiores ao algoritmo sequencial no qual o mesmo foi baseado chegando a obter desempenhos quatro vezes superior ao original.

Microsoft dynamics NAV for healthCare

Tem-se verificado um crescente aumento da esperança média de vida e paralelamente um crescente aumento no número de doentes internados. Esta situação alerta-nos para o fato de que os sistemas de informação têm de acompanhar esta evolução, para assim adquirirem sensibilidade na tomada de decisões, quando confrontados com realidades de negócio. Outro fator relevante é que as clínicas e hospitais necessitam de sistemas de informação inovadores e economicamente fiáveis para o controlo de custos e ganhos. O projeto consistiu no desenvolvimento de um módulo designado de Gestão Hospitalar NAV para Internamento, no âmbito da área de negócio da Saúde, desenvolvido em Microsoft Dynamics NAV (MS Dynamics NAV). Sendo o MS Dynamics NAV bastante versátil, verificou-se que é possível acrescentar funcionalidades para adaptar o sistema standard às necessidades do negócio, neste caso específico do internamento na área da saúde com foco no processo administrativo e alguns processos do corpo clínico. Este módulo da Gestão Hospitalar NAV para internamento vai permitir que o administrativo possa registar novos doentes, que efetue admissões de internamento e possa gerir alguns processos do doente durante o seu internamento até ao momento da alta, como por exemplo a gestão de camas, registos de visitas aos doentes e a faturação. Neste módulo também é disponibilizado a gestão de armazém; este processo permite fazer as compras aos fornecedores para repor stocks em falta e repor o stock em falta nos pisos de internamento. Como complemento, este módulo vai permitir ao médico inserir registos clínicos aos doentes internados e dar a alta médica, para assim fechar o processo do doente no internamento.

Contributions to HEVC Prediction for Medical Image Compression

Medical imaging technology and applications are continuously evolving, dealing with images of increasing spatial and temporal resolutions, which allow easier and more accurate medical diagnosis. However, this increase in resolution demands a growing amount of data to be stored and transmitted. Despite the high coding efficiency achieved by the most recent image and video coding standards in lossy compression, they are not well suited for quality-critical medical image compression where either near-lossless or lossless coding is required. In this dissertation, two different approaches to improve lossless coding of volumetric medical images, such as Magnetic Resonance and Computed Tomography, were studied and implemented using the latest standard High Efficiency Video Encoder (HEVC). In a first approach, the use of geometric transformations to perform inter-slice prediction was investigated. For the second approach, a pixel-wise prediction technique, based on Least-Squares prediction, that exploits inter-slice redundancy was proposed to extend the current HEVC lossless tools. Experimental results show a bitrate reduction between 45% and 49%, when compared with DICOM recommended encoders, and 13.7% when compared with standard HEVC.

AGV para ambiente interior

O Nomad200 foi um dos robôs mais populares usados para a investigação em robótica móvel. Face à antiguidade destes robôs, a maioria da utilização dos mesmos hoje em dia implicou uma renovação do seu hardware. Este projeto de mestrado teve como motivação a reabilitação de um robô NOMAD200 obsoleto, tendo como objetivo a implementação de um robô capaz de navegar autonomamente em ambiente interior. Foram estudados todos os componentes do robô e reutilizou-se todo o hardware funcional do robô, nomeadamente sensores, atuadores e estrutura mecânica. Foi desenvolvido software de baixo nível para controlar o hardware recuperado, bem como os novos componentes de hardware que foram integrados. A comunicação com o PC de alto nível é feito usando o protocolo rosserial. O sistema base de software de alto-nível do robô é o ROS, versão Indigo. O sistema desenvolvido foi testado e a versão atual do robô permite realizar navegação com a utilização de um laser e odometria.

Produção de biocombustíveis na região de Leiria e sua caracterização

A necessidade de encontrar recursos alternativos aos combustíveis fósseis, faz com que os biocombustíveis sejam a opção a curto prazo para a sua substituição parcial ou integral. O presente trabalho faz a abordagem de diversos tipos de biocombustíveis, desde a primeira geração aos biocombustíveis avançados, ao enquadramento legal e normativo destes. As temáticas seguintes, visam a implementação de metodologias de análise físico-químicas de biocombustíveis, com base nas Normas Europeias prEN 14214 e EN 15376, no Laboratório de Análise Instrumental da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Politécnico de Leiria e a análise dos recursos e respetivas conversões em biocombustíveis, na Região de Leiria. E assim, verificar a sua sustentabilidade, relativamente à incorporação em combustíveis fósseis. Uma contribuição para permitir posteriormente serem realizados estudos de viabilidade económica para a instalação de unidades de produção de biocombustíveis avançados. Metodologias de análise físico-química de biocombustíveis foram implementadas no laboratório, sendo que algumas necessitariam de ser validadas. De um modo geral, verifica-se que o laboratório pode ser utilizado para analisar a maioria dos parâmetros do bioetanol e de alguns dos parâmetros do biodiesel. No entanto, foram levantadas as necessidades do laboratório para a realização dos ensaios para os restantes parâmetros não implementados. A quantificação dos recursos teve por base os resíduos de óleos alimentares usados e os resíduos da biomassa florestal da Região de Leiria. Constatou-se que existe uma elevada quantidade de resíduos lenho-celulósicos, que permite à região ser autossustentável, relativamente aos biocombustíveis substitutos da gasolina. Estes resíduos podem ser utilizados sem comprometer a sustentabilidade da floresta. Relativamente aos resíduos de óleos alimentares usados, verificou-se que existe escassez deste recurso para incorporação de biodiesel no diesel e uma disparidade do que era teoricamente previsível para o que é realmente recolhido, como tal, é necessário sensibilizar as pessoas para a valorização deste resíduo, que afeta a operacionalidade das ETAR.

Aplicações de telemedicina usando WEBRTC

O uso das tecnologias de informação e comunicação em Portugal na área médica tem tido um grande aumento nas últimas décadas. Tal pode constatar-se a vários níveis, como sejam a implementação crescente e em larga escala de sistemas de informação em hospitais e centros de saúde, o desenvolvimento de aplicações para auxiliar a análise dos principais meios complementares de diagnóstico, a receita eletrónica e o registo de paciente eletrónico, apenas para citar alguns exemplos. A procura crescente de profissionais de saúde de várias especialidades tem tido um aumento considerável nos últimos anos. Por um lado, a população está cada vez mais envelhecida, por via do aumento da esperança média de vida. Por outro lado tem aumentado a preocupação com a saúde e o bem estar próprio dos cidadãos, levando-os a recorrer mais vezes e a mais especialidades do que no passado. O êxodo da população do interior do país para os grandes centros no litoral, complementado pelas políticas orçamentais restritivas na área da saúde, tem acentuado as diferenças de prestação de cuidados de saúde a toda a população do país, de forma equitativa e eficaz. Para tal tem ainda contribuído o emagrecimento dos orçamentos dos hospitais e a pressão para que estes cumpram as metas de produtividade definidas, com custos cada vez mais reduzidos. Um dos contributos das tecnologias de informação para mitigar o afastamento entre o paciente e os profissionais de saúde, consiste na implementação de soluções de consulta "à distância", com a utilização de vídeo e voz, através de aplicações de telemedicina. Ao nível da teleconsulta e da telemedicina têm existido alguns avanços significativos, sendo possível encontrar alguns casos de sucesso na utilização destes meios para facilitar o acesso generalizado de toda a população a cuidados médicos de saúde. Constata-se contudo que as aplicações usadas são geralmente proprietárias, carecem de instalação de software específico, muitas vezes proprietário e por vezes com custos para as entidades que disponibilizam o serviço. Por exemplo, a utilização de uma ligação por Skype para uma teleconsulta obriga a que a aplicação esteja instalada em ambos os computadores (médico e paciente). Nesta dissertação apresenta-se uma solução de telemedicina baseada na Application Programming Interface (API) Web Real-Time Comunication (WebRTC), que permite o envio de voz e imagem entre dois browsers usando os protocolos de comunicação na Web. Além do vídeo e da voz foram integrados na aplicação duas funcionalidades particularmente interessantes numa teleconsulta: envio bidirecional de ficheiros (por exemplo, ficheiro PDF com o resultado das últimas análise que o paciente realizou) e desenho num "quadro branco", permitindo ao paciente ou ao médico ilustrarem de forma livre algum aspeto associado à consulta em causa. A aplicação utiliza exclusivamente componentes de software opensource e apenas necessita que ambos os computadores tenham instalado um browser de acesso à Web que suporte a comunicação por WebRTC, como o Google Chrome ou o Firefox. Pretende-se desta forma facilitar o acesso aos serviços de telemedicina evitando a instalação e configuração de software específico, bem como reduzir os custos através de soluções opensource com licença General Public License (GPL) e isenta de custos. Foram realizados alguns testes de aceitação da solução, em ambiente hospitalar. Genericamente, pretendeu-se validar o funcionamento da API WebRTC, aferir sobre a aceitação das funcionalidades implementadas e identificar obstáculos técnicos à sua implementação na rede de um hospital ou centro de saúde. Embora tenham sido identificados alguns problemas na comunicação, resultantes maioritariamente do tipo de configurações da rede em que os computadores estavam instalados, os resultados globais obtidos são bastante promissores, dando-nos boas perspetivas quanto à sua implementação em ambiente de produção.

Proposta de arquitetura de plataforma de apoio a terapias a crianças com PHDA

A Perturbação da Hiperatividade e Défice de Atenção (PHDA) é uma perturbação que afeta cerca de 5% das crianças a nível mundial. O seu tratamento baseia-se na medicação e exercícios comportamentais para a criança, os quais podem acarretar efeitos secundários indesejados ou ser demasiado exigentes, respetivamente. Neste contexto, o objetivo do trabalho abordado neste documento foi o desenvolvimento de uma plataforma de apoio à terapia da PHDA, incluindo o desenvolvimento de serious games para crianças com idades entre os 6 e os 12 anos baseados em exercícios comportamentais, com uma abordagem mais lúdica, no intuito de aumentar o fator motivação na execução dos exercícios. A plataforma foi designada não para substituir a terapia tradicional, mas sim complementá-la, permitindo a um clínico manter os seus utentes sobre supervisão entre consultas de rotina. Desta forma, é pretendido a elaboração de um estudo sobre a fiabilidade dos serious games como forma de providenciar aos utentes um melhor controlo sobre os seus sintomas, não recorrendo apenas à terapia tradicional. Os primeiros resultados, obtidos com uma pequena amostra, demonstram uma melhora significativa nas competências das crianças e evidenciam a eficácia e robustez da plataforma em si.

Visualização de dados de crianças submetidas a tratamento de PHDA

A Perturbação de Hiperatividade e Défice de Atenção (PHDA) é distúrbio do comportamento que afeta entre 5 a 7% das crianças a nível global. De forma a combater os sintomas da PHDA, muitas são sujeitas a medicação e a terapia comportamental. Este trabalho insere-se no Projeto TherapyForAll®© que se foca no desenvolvimento de serious games jogos que poderão complementar o tratamento da PHDA pela via comportamental. É necessário recolher uma quantidade muito significativa de dados durante a execução dos jogos de forma a retirar conclusões sobre a evolução dos sintomas. O âmbito da dissertação recai sobre o tratamento dos dados obtidos das sessões e a sua apresentação ao profissional de saúde responsável para que ele possa rapidamente perceber o estado da criança, a sua evolução e com isso dar o apoio necessário.

Plataforma Unidose para Lares

A esperança média de vida tem aumentado quer devido às melhorias que se têm verificado nos serviços de saúde e pela evolução da medicina, levando a uma menor taxa de mortalidade, prolongando-se o tempo de vida da população. As famílias, com vidas cada vez mais preenchidas e atarefadas não conseguem prestar o auxílio e o apoio necessário aos idosos, o que leva a que estes frequentem levando estes a frequentar cada vez mais Lares e Centros de Dia para esta população. Isto leva a que exista da parte das instituições acolhedoras, uma enorme responsabilidade pela saúde dos idosos, sobretudo ao nível da medicação, delegando grandes responsabilidades a funcionários e por conseguinte aos seus funcionários. Os funcionários como seres humanos erram, podendo haver negligência ao darem a toma de medicação aos idosos. Ao nível financeiro, cada vez mais os idosos têm menos capacidades financeiras devido à situação económica do país e alguns acabam mesmo por ter que deixar a medicação para sobreviverem. A Plataforma Unidose para Lares (PUL) é uma solução com o objetivo de contrariar ou resolver estes problemas. É possível utilizar o sistema Unidose, vendendo os comprimidos à unidade, o que torna mais económico, e fazendo também a prevenção da toma de medicamentos, de modo a não permitir negligencias nem faltas de tomas. Com a utilização da plataforma as vidas dos idosos e funcionários de lares vão ficar mais calmas, com menos preocupações, melhorando assim a qualidade de vida destes.

Moldes de injeção com desenroscamento automático: casos de estudo

O fabrico de componentes em plástico pode apresentar várias vantagens relativamente aos materiais metálicos e cerâmicos. Podem ser processados em quantidades relativamente elevadas e a baixo custo, no entanto, estes componentes em plástico têm baixa resistência e são sensíveis à temperatura. O desenvolvimento e o fabrico de moldes de injeção é uma área importante em que são utilizados softwares de modelação e simulação, bem como, tecnologias avançadas de fabrico (equipamentos de 5 eixos de alta velocidade, tanto de maquinação como de electroerosão) e tecnologias convencionais de maquinação e montagem. O projeto de moldes é naturalmente uma área extremamente importante na obtenção das peças plásticas, de acordo com o pretendido pelo cliente, com tempos de ciclo de moldação adequados e dimensionado para o número de peças pretendidas. O objetivo final deste trabalho foi o de desenvolver e fabricar dois moldes de desenroscamento automático, com recurso ao software de modelação Topsolid e ao software de simulação Moldflow. Foi possível também, obter peças plásticas no material POM, material escolhido pelo cliente, dentro dos critérios dimensionais, estruturais e tempos de ciclo de injeção pretendidos pelo cliente.

Asymmetric 3D video coding based on regions of perceptual relevance

This dissertation presents a study and experimental research on asymmetric coding of stereoscopic video. A review on 3D technologies, video formats and coding is rst presented and then particular emphasis is given to asymmetric coding of 3D content and performance evaluation methods, based on subjective measures, of methods using asymmetric coding. The research objective was de ned to be an extension of the current concept of asymmetric coding for stereo video. To achieve this objective the rst step consists in de ning regions in the spatial dimension of auxiliary view with di erent perceptual relevance within the stereo pair, which are identi ed by a binary mask. Then these regions are encoded with better quality (lower quantisation) for the most relevant ones and worse quality (higher quantisation) for the those with lower perceptual relevance. The actual estimation of the relevance of a given region is based on a measure of disparity according to the absolute di erence between views. To allow encoding of a stereo sequence using this method, a reference H.264/MVC encoder (JM) has been modi ed to allow additional con guration parameters and inputs. The nal encoder is still standard compliant. In order to show the viability of the method subjective assessment tests were performed over a wide range of objective qualities of the auxiliary view. The results of these tests allow us to prove 3 main goals. First, it is shown that the proposed method can be more e cient than traditional asymmetric coding when encoding stereo video at higher qualities/rates. The method can also be used to extend the threshold at which uniform asymmetric coding methods start to have an impact on the subjective quality perceived by the observers. Finally the issue of eye dominance is addressed. Results from stereo still images displayed over a short period of time showed it has little or no impact on the proposed method.