Diffusional kurtosis imaging using a fast heuristic constrained linear least squares algorithm: a plugin for OsiriX

Diffusion Kurtosis Imaging (DKI) is a fairly new magnetic resonance imag-ing (MRI) technique that tackles the non-gaussian motion of water in biological tissues by taking into account the restrictions imposed by tissue microstructure, which are not considered in Diffusion Tensor Imaging (DTI), where the water diffusion is considered purely gaussian. As a result DKI provides more accurate information on biological structures and is able to detect important abnormalities which are not visible in standard DTI analysis. This work regards the development of a tool for DKI computation to be implemented as an OsiriX plugin. Thus, as OsiriX runs under Mac OS X, the pro-gram is written in Objective-C and also makes use of Apple’s Cocoa framework. The whole program is developed in the Xcode integrated development environ-ment (IDE). The plugin implements a fast heuristic constrained linear least squares al-gorithm (CLLS-H) for estimating the diffusion and kurtosis tensors, and offers the user the possibility to choose which maps are to be generated for not only standard DTI quantities such as Mean Diffusion (MD), Radial Diffusion (RD), Axial Diffusion (AD) and Fractional Anisotropy (FA), but also DKI metrics, Mean Kurtosis (MK), Radial Kurtosis (RK) and Axial Kurtosis (AK).The plugin was subjected to both a qualitative and a semi-quantitative analysis which yielded convincing results. A more accurate validation pro-cess is still being developed, after which, and with some few minor adjust-ments the plugin shall become a valid option for DKI computation

A SDK improvement towards gesture support

Human-Computer Interaction have been one of the main focus of the technological community, specially the Natural User Interfaces (NUI) field of research as, since the launch of the Kinect Sensor, the goal to achieve fully natural interfaces just got a lot closer to reality. Taking advantage of this conditions the following research work proposes to compute the hand skeleton in order to recognize Sign Language Shapes. The proposed solution uses the Kinect Sensor to achieve a good segmentation and image analysis algorithms to extend the skeleton from the extraction of high-level features. In order to recognize complex hand shapes the current research work proposes the redefinition of the hand contour making it immutable to translation, rotation and scaling operations, and a set of tools to achieve a good recognition. The validation of the proposed solution extended the Kinects Software Development Kit to allow the developer to access the new set of inferred points and created a template-matching based platform that uses the contour to define the hand shape, this prototype was tested in a set of predefined conditions and showed to have a good success ration and has proven to be eligible for real-time scenarios.

Planning and verification of multipath routing protocols

Conventionally the problem of the best path in a network refers to the shortest path problem. However, for the vast majority of networks present nowadays this solution has some limitations which directly affect their proper functioning, as well as an inefficient use of their potentialities. Problems at the level of large networks where graphs of high complexity are commonly present as well as the appearing of new services and their respective requirements, are intrinsically related to the inability of this solution. In order to overcome the needs present in these networks, a new approach to the problem of the best path must be explored. One solution that has aroused more interest in the scientific community considers the use of multiple paths between two network nodes, where they can all now be considered as the best path between those nodes. Therefore, the routing will be discontinued only by minimizing one metric, where only one path between nodes is chosen, and shall be made by the selection of one of many paths, thereby allowing the use of a greater diversity of the present paths (obviously, if the network consents). The establishment of multi-path routing in a given network has several advantages for its operation. Its use may well improve the distribution of network traffic, improve recovery time to failure, or it can still offer a greater control of the network by its administrator. These factors still have greater relevance when networks have large dimensions, as well as when their constitution is of high complexity, such as the Internet, where multiple networks managed by different entities are interconnected. A large part of the growing need to use multipath protocols is associated to the routing made based on policies. Therefore, paths with different characteristics can be considered with equal level of preference, and thus be part of the solution for the best way problem. To perform multi-path routing using protocols based only on the destination address has some limitations but it is possible. Concepts of graph theory of algebraic structures can be used to describe how the routes are calculated and classified, enabling to model the routing problem. This thesis studies and analyzes multi-path routing protocols from the known literature and derives a new algebraic condition which allows the correct operation of these protocols without any network restriction. It also develops a range of software tools that allows the planning and the respective verification/validation of new protocols models according to the study made.

Gestão de encomendas de quantidades reduzidas: caso de estudo

O processo logístico representa para uma empresa uma vantagem competitiva quando gerido eficaz e eficientemente. Surgem relações de confiança entre clientes e fornecedores, gerem-se stocks e rotação de produtos e ainda se garante o acondicionamento e entrega, nas condições devidas, de cada produto. Assim, a logística ocupa um lugar central nos diversos negócios, exigindo um acompanhamento constante e uma gestão adequada da cadeia de abastecimento face às necessidades da empresa. Tendo em conta a relevância da logística no orçamento de uma empresa, é necessário analisar detalhadamente os custos que esta representa. De acordo com diversos estudos, foi possível concluir que os custos de transporte representam uma parcela cada vez maior no total dos custos logísticos, sendo, por isso, necessária uma análise permanente dos mesmos de modo a garantir uma gestão eficiente do transporte de mercadorias. Esta dissertação tem como objetivo contribuir para a redução dos custos de transporte imputados pelo operador logístico, Grupo Luís Simões, à empresa Jerónimo Martins Distribuição de Produtos de Consumo (JMDPC). Para isso, foi realizada uma análise dos custos de transporte suportados pela empresa JMDPC relativos às operações logísticas realizadas pelo Grupo Luís Simões. Para a realização desta análise utilizaram-se duas abordagens. A primeira passou por agregar guias de transporte, com datas de entrega consecutivas, o que permitiu obter uma redução de 5% nos custos de transporte. A segunda passou por identificar os break-even points, referentes às quantidades transportadas, em que as guias de transporte passam a ter associada uma quantidade de encomenda rentável, permitindo uma melhor planificação da entrega das encomendas. Sugere-se, como proposta de melhoria, que seja implementado no software de encomendas um aviso no caso da encomenda não atingir a quantidade mínima estabelecida. Como forma de incentivo aos clientes propõe-se também a adoção de ferramentas que promovam os produtos aumentando a sua procura.

Avaliação da sustentabilidade urbana – proposta de um guia para Almada

É proposto um modelo de avaliação da sustentabilidade urbana para o concelho de Almada, elaborado a partir dos objetivos de sustentabilidade definidos no quadro de referência considerado e baseado num quadro geral e quadro específico de avaliação constituído por indicadores. O modelo de avaliação proposto foi aplicado em três áreas distintas do concelho. Os indicadores foram selecionados, a partir de quadros de avaliação e listas de indicadores existentes, em função dos objetivos de sustentabilidade e das caraterísticas das áreas de estudo. No âmbito do modelo de avaliação proposto foi calculado um índice a partir da agregação aritmética dos valores normalizados dos diferentes indicadores utilizados no quadro geral de avaliação, de forma a definir uma escala única de sustentabilidade urbana que integrasse os indicadores com escala qualitativa crescente e decrescente. Comparando três áreas (localizadas em diferentes freguesias), através do quadro geral de avaliação e respetivo índice, a área de estudo 2 (Caparica) apresenta em termos qualitativos o melhor resultado. A área de estudo 3 (Fonte da Telha) apresenta o pior resultado, refletindo o ausente planeamento territorial que esteve na génese de ocupação ilegal desta área urbana. O desenvolvimento e aplicação de um quadro específico de avaliação no presente trabalho permitiu obter informação que apesar de não ser comparável entre as diferentes áreas de estudo, será tanto mais relevante, quanto maior for a sua utilização na comparação entre fases temporais distintas para a mesma área de estudo. Em trabalhos futuros o modelo de avaliação proposto poderá ser melhorado no que respeita à sistematização e organização dos dados de base, devendo ser sujeito a participação pública como contributo para a seleção de indicadores relevantes que deverão ser hierarquizados pela consulta a especialistas de cada âmbito da sustentabilidade urbana.

Um modelo de simulação de uma linha de produção da Delphi Portugal

Esta dissertação insere-se no actual contexto de constante procura pela melhoria do desempenho dos sistemas produtivos em que se pretende estudar a utilização dos recursos produtivos numa das principais linhas de produção da fábrica da Delphi no Seixal. Para o efeito, é desenvolvido um modelo de simulação da linha de produção. O estudo inicia com uma revisão bibliográfica de conceitos e metodologias interligados com a simulação de sistemas. A fase seguinte diz respeito à recolha e tratamento de dados que caracterizam a linha de produção que se pretende simular. Posteriormente, é criado um modelo conceptual da linha de produção que serve de base ao modelo de simulação desenvolvido recorrendo ao software de simulação Arena. Após a simulação do modelo desenvolvido, é realizada a validação do modelo através da análise comparativa de algumas medidas de desempenho resultantes da simulação e do sistema real. Por último é realizada a discussão de resultados e são tecidas considerações que suportam os resultados obtidos e apoiam a diferença de resultados verificada.

Reverse Mortgage em Portugal: uma abordagem actuarial

Reverse Mortgage é um tipo de produto financeiro já comercializado em vários países (EUA, Reino Unido, Austrália, Espanha, etc.) mas que não teve ainda visibilidade em Portugal. Destina-se a pessoas com mais de 65 anos, com habitação própria e livres de encargos com a mesma, que pretendam obter um rendimento extra, dando a sua casa como garantia. Na contratação de uma Reverse Mortgage, os proprietários podem receber um montante inicial e/ou uma renda até ao final das suas vidas, mantendo o usufruto da habitação. No momento da morte, o valor da venda do imóvel é utilizado para pagar o empréstimo contraído. Assim, Reverse Mortgage permite reestabelecer ou reforçar a autonomia financeira de pessoas que, durante a sua vida activa, constituíram património mas que, por algum motivo, perderam poder económico ou se encontram actualmente com dificuldades financeiras e que não estão, no entanto, dispostas a desfazer-se da sua habitação para fazer face aos seus compromissos. Nesta dissertação pretende estudar-se a possibilidade de implementação em Portugal desta solução de hipoteca e analisar do ponto de vista actuarial as diferentes variáveis associadas a este produto, nomeadamente os montantes a receber pelo mutuário.

Impacto do sistema de Bonus Malus na probabilidade de ruína em tempo contínuo e finito

Nesta dissertação pretende-se verificar o impacto do Sistema de Bonus Malus na probabilidade de ruína em tempo contínuo e finito. Para tal, será feita inicialmente uma análise ao Sistema de Bonus Malus em vigor numa Seguradora Portuguesa e serão determinadas as escalas óptimas de prémios de Norberg, Borgan et al e Gilde e Sundt, tanto para o modelo clássico, como para o modelo que admite entradas e saídas no Sistema, segundo Guerreiro (2001) e Guerreiro et al. (2014). Posteriormente será efectuado o cálculo da probabilidade de ruína através do método proposto por Afonso et al. (2009). Este método, para além de ser adaptável a carteiras de grande dimensão, também permite que os prémios sejam variáveis ao longo do tempo, o que se verifica na presença de um Sistema de Bonus Malus. A análise do impacto causado pelo Sistema de Bonus Malus na probabilidade de ruína será efectuada através da comparação dos resultados obtidos pelo método referido acima, para os seguintes prémios: prémio puro, escala de prémios proposta pela Seguradora e escalas óptimas de prémios para o Sistema de Bonus Malus.

Simulação em sistemas de Bonus Malus

O objectivo desta dissertação é comparar os resultados obtidos para a evolução de uma carteira de seguro automóvel através do método tradicional de Sistemas de Bonus Malus com uma projecção do seu comportamento esperado, obtida recorrendo-se a métodos de Simulação Discreta. Com este propósito, são descritas as duas metodologias: a primeira utiliza conceitos de Processos Estocásticos (Cadeias de Markov, distribuições estacionárias e processos de contagem), a segunda passa pela geração de Números Pseudo-Aleatórios e de amostras aleatórias. Os resultados obtidos permitiram concluir que existe, efectivamente, uma concordância entre as duas formulações, mas o grau de concordância dependerá dos pressupostos utilizados.

Probabilistic constraint reasoning with Monte Carlo integration to robot localization

This work studies the combination of safe and probabilistic reasoning through the hybridization of Monte Carlo integration techniques with continuous constraint programming. In continuous constraint programming there are variables ranging over continuous domains (represented as intervals) together with constraints over them (relations between variables) and the goal is to find values for those variables that satisfy all the constraints (consistent scenarios). Constraint programming “branch-and-prune” algorithms produce safe enclosures of all consistent scenarios. Special proposed algorithms for probabilistic constraint reasoning compute the probability of sets of consistent scenarios which imply the calculation of an integral over these sets (quadrature). In this work we propose to extend the “branch-and-prune” algorithms with Monte Carlo integration techniques to compute such probabilities. This approach can be useful in robotics for localization problems. Traditional approaches are based on probabilistic techniques that search the most likely scenario, which may not satisfy the model constraints. We show how to apply our approach in order to cope with this problem and provide functionality in real time.

Development of principle culture medium formulations for Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae as well as other microorganisms are frequently used in industry with the purpose of obtain different kind of products that can be applied in several areas (research investigation, pharmaceutical compounds, etc.). In order to obtain high yields for the desired product, it is necessary to make an adequate medium supplementation during the growth of the microorganisms. The higher yields are typically reached by using complex media, however the exact formulation of these media is not known. Moreover, it is difficult to control the exact composition of complex media, leading to batch-to-batch variations. So, to overcome this problem, some industries choose to use defined media, with a defined and known chemical composition. However these kind of media, many times, do not reach the same high yields that are obtained by using complex media. In order to obtain similar yield with defined media the addition of many different compounds has to be tested experimentally. Therefore, the industries use a set of empirical methods with which it is tried to formulate defined media that can reach the same high yields as complex media. In this thesis, a defined medium for Saccharomyces cerevisiae was developed using a rational design approach. In this approach a given metabolic network of Saccharomyces cerevisiae is divided into a several unique and not further decomposable sub networks of metabolic reactions that work coherently in steady state, so called elementary flux modes. The EFMtool algorithm was used in order to calculate the EFM’s for two Saccharomyces cerevisiae metabolic networks (amino acids supplemented metabolic network; amino acids non-supplemented metabolic network). For the supplemented metabolic network 1352172 EFM’s were calculated and then divided into: 1306854 EFM’s producing biomass, and 18582 EFM’s exclusively producing CO2 (cellular respiration). For the non-supplemented network 635 EFM’s were calculated and then divided into: 215 EFM’s producing biomass; 420 EFM’s producing exclusively CO2. The EFM’s of each group were normalized by the respective glucose consumption value. After that, the EFMs’ of the supplemented network were grouped again into: 30 clusters for the 1306854 EFMs producing biomass and, 20 clusters for the 18582 EFM’s producing CO2. For the non-supplemented metabolic network the respective EFM’s of each metabolic function were grouped into 10 clusters. After the clustering step, the concentrations of the other medium compounds were calculated by considering a reasonable glucose amount and by accounting for the proportionality between the compounds concentrations and the glucose ratios. The approach adopted/developed in this thesis may allow a faster and more economical way for media development.