Digital radiography detectors: a technical overview

Developments in digital detector technologies have been taking place and new digital technologies are available for clinical practice. This chapter is intended to give a technical state-of-the-art overview about computed radiography (CR) and digital radiography (DR) detectors. CR systems use storage-phosphor image plates with a separate image readout process and DR technology converts X-rays into electrical charges by means of a readout process using TFT arrays. Digital detectors offer several advantages when compared to analogue detectors. The knowledge about digital detector technology for use in plain radiograph examinations is thus a fundamental topic to be acquired by radiology professionals and students. In this chapter an overview of digital radiography systems (both CR and DR) currently available for clinical practice is provided.

Digital radiography detector performance

The characterization of physical properties of digital imaging systems requires the determination and measurement of detectors’ physical performance. Those measures such as modulation transfer function (MTF), noise power spectra (NPS), and detective quantum efficiency (DQE) provide objective evaluations of digital detectors’ performance. To provide an MTF, NPS, and DQE calculation from raw-data images it is necessary to implement a method that is undertaken by two major steps: (1) image acquisition and (2) quantitative measure determination method. In this chapter a comprehensive description about a method to provide the measure of performance of digital radiography detectors is provided.

Technical considerations concerning digital technologies

This chapter addresses technical issues concerning digital technologies. Radiological equipment and technique are briefly introduced together with a discussion about requirements and advantages of digital technologies. Digital technologies offer several advantages when compared to conventional analogical systems, or screen–film (SF) systems. While in clinical practice the practitioners should be aware of technical factors such as image acquisition, management of patient dose, and diagnostic image quality. Thus, digital technologies require an up-to-date scientific knowledge concerning their use in projection radiography. In this chapter, technical considerations concerning digital technologies are provided.

Assessment of patient dose in digital systems

The assessment of patient dose has gained increased attention, still being an issue of concern that arises from the use of digital systems. The development of digital technology offers the possibility for a reduction of radiation dose around 50% without loss in image quality when compared to a conventional screen–film system. Digital systems give an equivalent or superior diagnostic performance and also several other advantages, but the risk of overexposure with no adverse effect on image quality could be present. This chapter refers to the management of patient dose and provides an explanation of dose-related concepts. In this chapter, exposure influence in dose and image representation and the effects of radiation exposure are also discussed.

Practical insights into digital radiology

Digital radiography detectors—based on different technological solutions—are currently available for clinical applications and widespread in clinical practice. Computed radiography (CR) and digital radiology systems have been available for clinical applications and the trend over the last few years has become digital. Radiology departments have been changing from traditional screen–film technology to digital technology. This chapter is intended to give the reader a practical understanding about the key aspects concerning digital systems, related to the performance of different technologies, image quality, and dose and patient safety/protection. The discussion around an optimization framework for digital systems is provided.

Image enhancement for digital radiography

Once in a digital form, a radiographic image may be processed in several ways in order to turn the visualization an act of improved diagnostic value. Practitioners should be aware that, depending on each clinical context, digital image processing techniques are available to help to unveil visual information that is, in fact, carried by the bare digital radiograph and may be otherwise neglected. The range of visual enhancement procedures includes simple techniques that deal with the usual brightness and contrast manipulation up to much more elaborate multi-scale processing that provides customized control over the emphasis given to the relevant finer anatomical details. This chapter is intended to give the reader a practical understanding of image enhancement techniques that might be helpful to improve the visual quality of the digital radiographs and thus to contribute to a more reliable and assertive reporting.

Digital radiology and Picture Archiving and Communication System (PACS)

Plain radiography still accounts for the vast majority of imaging studies that are performed at multiple clinical instances. Digital detectors are now prominent in many imaging facilities and they are the main driving force towards filmless environments. There has been a working paradigm shift due to the functional separation of acquisition, visualization, and storage with deep impact in the imaging workflows. Moreover with direct digital detectors images are made available almost immediately. Digital radiology is now completely integrated in Picture Archiving and Communication System (PACS) environments governed by the Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) standard. In this chapter a brief overview of PACS architectures and components is presented together with a necessarily brief account of the DICOM standard. Special focus is given to the DICOM digital radiology objects and how specific attributes may now be used to improve and increase the metadata repository associated with image data. Regular scrutiny of the metadata repository may serve as a valuable tool for improved, cost-effective, and multidimensional quality control procedures.

Orientação de campo da máquina assíncrona: controlo preditivo

Nesta dissertação de Mestrado foi realizado o estudo teórico e a respectiva comprovação experimental da aplicação do Controlo por Orientação de Campo para a máquina assíncrona trifásica permitindo a imposição das correntes com recurso ao Controlo Preditivo. Foi efectuado inicialmente a modelização do sistema, ondulador de tensão trifásico e máquina assíncrona trifásica, e o estudo do Controlo Preditivo mais adequado a aplicar ao sistema. Depois de realizado o Controlo por Orientação de Campo foi projectado e dimensionado um anel exterior para controlo de velocidade. Os ensaios com recurso inicialmente à simulação numérica em ambiente Matlab/Simulink e posterior experimentação laboratorial, permitem a validação dos modelos teóricos e da técnica de controlo utilizada. Foram realizados testes em regime estacionário e regime dinâmico para diferentes referências de velocidade. Os ensaios efectuados em simulação e experimentais foram comparados com a solução de imposição das correntes através de controladores histeréticos, nesta dissertação designada por técnica clássica. A implementação laboratorial do protótipo, foi realizada através do projecto, dimensionamento e construção de vários módulos para o efeito. O rectificador trifásico tem entrada compatível com as tensões nominais da rede, inclui também uma resistência de pré-carga dos condensadores, e uma resistência de dissipação para limitar a tensão no barramento de tensão DC. O módulo integrado de potência para funcionamento como ondulador de tensão trifásico tem uma estrutura compacta, onde estão incluídos drivers de disparo dos seus semicondutores, e algumas protecções inerentes ao seu bom funcionamento. Para implementação do Controlo por Orientação de Campo e o anel exterior para controlo de velocidade, foi usado um controlador digital de sinal do fabricante dSPACE.

Simulação e optimização de tempo de recuperação de um modulador de impulso de alta tensão

presente dissertação tem como objectivo a análise e simulação de um Modulador de Impulso de Alta Tensão (este circuito tem como finalidade substituir o modulador actual do ISOLDE/CERN), utilizando programas de simulação e de implementação de modelos matemáticos respectivamente no Orcad-Pspice e o Matlab-Simulink. Estudou-se o modulador de impulso de alta tensão projectado para o ISOLDE/CERN, e analisou se o seu funcionamento em função do tempo de recuperação e sobreelevação da tensão na carga, os dois parâmetros mais importantes do sistema. Descreveu-se a operação do modulador de impulso de alta tensão baseado no gerador de MARX, desenvolvido no ISEL em pareceria com o CERN, estudou-se o funcionamento deste tipo de circuito baseado na tecnologia de semicondutores. Desenvolveu-se um modelo matemático que descreve a operação do modulador e implementou-se em MATLAB. Fez-se uma análise comparativa dos resultados obtidos experimentalmente com os de simulações obtidos em MATLAB e em PSPICE, e estudaram-se as limitações destes programas na análise do circuito.

O desafio do digital no século XXI: a análise à estratégia de Comunicação da Presidência da República

Temos assistido, especialmente ao longo dos últimos dois anos,a um progressivo aumento da utilização das redes sociais por parte da Presidência da República Portuguesa, com destaque para o Facebook. Tal repete a tendência registada a nível mundial, com especial destaque para os EUA e para o seu actual presidente, Barack Obama. No caso português, a Presidência da República, órgão de soberania liderado pelo Prof. Cavaco Silva,é um dos mais activos nesta frente, procurando utilizar as redes sociais como um barómetro sobre a forma como os portugueses sentem a democracia e o estado da nação.

Estudo do recife artificial a construir na Leirosa: aplicação de modelação numérica para simulação da propagação da agitação marítima

A temática dos recifes artificiais multifuncionais é relativamente recente, sendo que o primeiro recife artificial multifuncional construído data do ano de 1999 (Perth, Austrália). A palavra multifuncional está associada aos múltiplos propósitos que se podem atingir com a construção de uma estrutura destas, sendo eles, a proteção costeira, o aumento da biodiversidade local, a melhoria da qualidade das ondas para o Surf e a promoção do turismo ligado aos desportos de ondas. Para dar resposta a um caso de proteção costeira, na zona marítima adjacente à praia de Leirosa, Portugal, foi pensada uma construção de um recife artificial que funcione como obra de proteção do sistema dunar local e que, adicionalmente melhore as condições locais para a prática de Surf. Este trabalho descreve a análise de duas soluções de recife (em forma de “V”, formando um ângulo de 45º e 66º, entre si), através dos valores das características das ondas (altura, período e direção) e parâmetros de surfabilidade (linha de rebentação, número de Iribarren e ângulo de rebentação), para uma gama alargada de condições de agitação frequente. Para tal, foi necessário caracterizar a agitação marítima, através do modelo numérico SWAN para determinação dos casos de agitação mais frequentes na zona marítima adjacente ao local de implantação do recife e para, posteriormente, se proceder à sua utilização no modelo numérico DREAMS, que permitiu a simulação da propagação das ondas sobre o recife. A comparação dos resultados do modelo numérico DREAMS para as situações de com e sem recife (para as duas soluções de recife) permitiu avaliar a influência do mesmo em termos de alturas de onda, linha de rebentação e ângulo de rebentação, tendo-se chegado a resultados satisfatórios do ponto de vista do melhoramento das condições locais para a prática do Surf.

Simulação de colunas de destilação de elevada eficiência energética

A destilação é o principal processo de separação usado nas indústrias químicas para separação de misturas líquidas, e apesar de ser um processo muito intensivo energeticamente continua hoje em dia a ser o processo de separação preferencial. O largo impacto dos processos de destilação nos custos de investimento e operação tem impulsionado o desenvolvimento de sistemas complexos de destilação, cuja principal finalidade consiste na otimização energética do processo de separação. No âmbito do estudo da utilização de colunas de elevada eficiência energética para separações multicomponente através da simulação de processos, o presente trabalho foca-se na compreensão, análise e avaliação da Coluna de Petlyuk, sistema de colunas com acoplamento térmico integral (FTCDC), inicialmente introduzida na década de 1940, com um reportado potencial para poupanças energéticas até cerca de 30% relativamente ao sistema tradicional. Para a simulação dos sistemas em estudo foi usado o software de simulação de processos HYSYS, cuja aplicação é desenvolvida e analisada no decurso deste trabalho, o qual é dividido em três partes principais: implementação dos processos em HYSYS para simulação rigorosa em modo de estado estacionário, otimização e simulação dinâmica e controlo. A primeira parte diz respeito ao design dos sistemas e âmbito de aplicação do HYSYS nesta etapa. Através do estudo da separação de mistura ternária equimolar de isómeros de butanol, é apresentado um procedimento de implementação do sistema FTCDC e avaliados os resultados de simulação rigorosa fazendo a sua comparação com os resultados obtidos para o sistema tradicional. A segunda parte é dedicada à otimização de ambos os sistemas, FTCDC e tradicional, cujos estudos se baseiam na simulação em estado estacionário. O elevado número de variáveis de design do sistema FTCDC pode conduzir a tedioso e moroso trabalho de simulação. Neste trabalho são aplicadas metodologias de desenho de experiências na otimização do sistema FTCDC, as quais permitiram uma significativa redução o número de simulações a executar, sendo o procedimento de otimização, baseado no procedimento de desenhos de experiências, desenvolvido ao longo desta parte. Os resultados de otimização de ambos os sistemas são avaliados e comparados. A última parte deste trabalho debruça-se sobre o tema da operabilidade dos sistemas, avaliada através da simulação dinâmica dos mesmos e avaliação da estrutura de controlo implementada. A simulação dinâmica de processos, baseada em modelos dinâmicos, permite melhorar o seu design, otimização e operação, cujos resultados traduzirão de uma forma mais realística o desempenho do processo desenhado, uma vez que estes nunca se encontram num verdadeiro estado estacionário. Nesta parte é apresentado o procedimento de implementação da simulação dinâmica de ambos os sistemas, no qual se inclui a definição da configuração de controlo para cada um destes. Através dos resultados de simulação dinâmica de ambos os sistemas é avaliado o seu design e respetiva estrutura de controlo.

Modelação e simulação de sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos produzem energia eléctrica limpa, e inesgotável na nossa escala temporal. A Agência Internacional de Energia encara a tecnologia fotovoltaica como uma das mais promissoras, esperando nas suas previsões mais optimistas, que em 2050 possa representar 20% da produção eléctrica mundial, o equivalente a 18000 TWh. No entanto, e apesar do desenvolvimento notável nas últimas décadas, a principal condicionante a uma maior proliferação destes sistemas é o ainda elevado custo, aliado ao seu fraco desempenho global. Apesar do custo e ineficiência dos módulos fotovoltaicos ter vindo a diminuir, o rendimento dos sistemas contínua dependente de factores externos sujeitos a grande variabilidade, como a temperatura e a irradiância, e às limitações tecnológicas e falta de sinergia dos seus equipamentos constituintes. Neste sentido procurou-se como objectivo na elaboração desta dissertação, avaliar o potencial de optimização dos sistemas fotovoltaicos recorrendo a técnicas de modelação e simulação. Para o efeito, em primeiro lugar foram identificados os principais factores que condicionam o desempenho destes sistemas. Em segundo lugar, e como caso prático de estudo, procedeu-se à modelação de algumas configurações de sistemas fotovoltaicos, e respectivos componentes em ambiente MatlabTM/SimulinkTM. Em seguida procedeu-se à análise das principais vantagens e desvantagens da utilização de diversas ferramentas de modelação na optimização destes sistemas, assim como da incorporação de técnicas de inteligência artificial para responder aos novos desafios que esta tecnologia enfrentará no futuro. Através deste estudo, conclui-se que a modelação é não só um instrumento útil para a optimização dos actuais sistemas PV, como será, certamente uma ferramenta imprescindível para responder aos desafios das novas aplicações desta tecnologia. Neste último ponto as técnicas de modelação com recurso a inteligência artificial (IA) terão seguramente um papel preponderante. O caso prático de modelação realizado permitiu concluir que esta é igualmente uma ferramenta útil no apoio ao ensino e investigação. Contudo, convém não esquecer que um modelo é apenas uma aproximação à realidade, devendo recorrer-se sempre ao sentido crítico na interpretação dos seus resultados.

Simulação numérica aplicada ao tratamento de efluentes

A existência de estações de tratamentos de águas residuais (ETAR) é, nos dias de hoje, fundamental na medida em que permite, reduzir a poluição ambiental associada às águas e, também, a reutilização da água tratada para diversos fins. A constante necessidade de cumprir os limites de descargas nos meios recetores conduziu a um melhoramento nas técnicas e processos de tratamento de efluentes, nomeadamente, nos processos biológicos. O processo por lamas ativadas é um processo amplamente utilizado para a remoção de poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, pelo que um estudo mais intensivo sobre estes tratamentos resultou na publicação de uma série de conceitos e pressupostos, através de modelos numéricos. A modelação numérica de processos de tratamento de águas residuais e a utilização de ferramentas de simulação numérica têm sido largamente utilizadas, a nível mundial, por exemplo em investigação, desenvolvimento de processos, atividade de consultoria e igualmente por entidades reguladoras, na medida em que os auxiliam no planeamento, dimensionamento e análise do comportamento de infraestruturas de tratamento. No presente trabalho, recorreu-se ao software de simulação GPS-X (versão 6.0) para implementar o esquema de tratamento da ETAR de Beirolas. O objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de modelos numéricos na simulação de unidades de tratamento de efluentes e avaliar a resposta dos diferentes modelos, assim como a influência na alteração de características das águas afluentes no comportamento dos modelos. Os resultados obtidos permitiram concluir que os modelos numéricos podem ser utilizados para prever a resposta dos sistemas biológicos e as suas perturbações. Conclui-se ainda que o comportamento, dos modelos estudados (ASM1, ASM2d, ASM3 e mantis), é semelhante, contudo deve-se referir que devido à complexidade do modelo e a falta de informação experimental sobre as características do efluente, não permitiram efetuar uma completa caracterização e calibração do caso de estudo, e toda a informação disponível sobre as características físico-químicas da água foram baseadas em estimativas de concentrações de carências de oxigénio e sólidos suspensos.

A literacia digital como pré-requisito do acesso ao conhecimento: estudo numa população estudantil da licenciatura em Farmácia da ESTSP-IPP

Introdução: O uso das TIC, nomeadamente dos ambientes virtuais de aprendizagem, são uma possibilidade pedagógica promissora e atractiva pois permitem a construção de conhecimento e a interacção entre alunos, professores e tutores. Na perspectiva do estudante, compreende-se que, em contextos virtuais de aprendizagem a tendência é a de se valorizar cada vez mais a sua participação no processo de ensino e de aprendizagem. No entanto, para que seja possível a implementação de educação a distância é necessário que os estudantes, para além da motivação e da responsabilidade acrescida, possuam um conjunto de competências específicas para participar, efectivamente, num contexto virtual de aprendizagem. Nesse contexto, e para verificar se o uso das tecnologias no processo educacional é exequível, é necessário conhecer as competências digitais dos alunos da Licenciatura em Farmácia da Escola Superior de Tecnologia da Saúde do Porto. Métodos: O estudo é descritivo-transversal e permitiu a recolha de dados através do inquérito por questionário, previamente validado. A amostra em estudo foi retirada da população formada pelos 230 estudantes da Licenciatura de Farmácia, por um processo de amostragem não probabilística por conveniência, perfazendo um total de 52 indivíduos que frequentam o 2º ano. Apresentação de Resultados e Discussão: Os resultados permitiram concluir que os estudantes utilizam as TIC de forma variada mas normalmente em actividades de lazer. Em relação ao conhecimento e utilização das ferramentas da Web 2.0 concluí-se que, na generalidade, os estudantes não conhecem e não dominam a maioria das ferramentas da Web 2.0.Ou seja, os estudantes, mesmo com as suas habilidades e conhecimentos sobre tecnologia, principalmente em relação ao uso de computadores e da Internet, e conhecendo a importância destes recursos como simplificadores nos estudos, continuam a apresentar limitações, provavelmente devido a falta de informação ou a informações duvidosas provenientes de uma utilização incorrecta dos recursos. Estes resultados representam também um desafio, uma vez que caberá à Escola capacitar os estudantes na utilização de novas tecnologias, uma vez que, estas capacidades são cada vez mais solicitadas no mercado de trabalho, e serão primordiais para o sucesso do estudante numa formação a distância mediada por computador.