Development of thermo-analytical prediction and classification models for food in thermal devices using a multi sensor system and artificial neural networks

Die thermische Verarbeitung von Lebensmitteln beeinflusst deren Qualität und ernährungsphysiologischen Eigenschaften. Im Haushalt ist die Überwachung der Temperatur innerhalb des Lebensmittels sehr schwierig. Zudem ist das Wissen über optimale Temperatur- und Zeitparameter für die verschiedenen Speisen oft unzureichend. Die optimale Steuerung der thermischen Zubereitung ist maßgeblich abhängig von der Art des Lebensmittels und der äußeren und inneren Temperatureinwirkung während des Garvorgangs. Das Ziel der Arbeiten war die Entwicklung eines automatischen Backofens, der in der Lage ist, die Art des Lebensmittels zu erkennen und die Temperatur im Inneren des Lebensmittels während des Backens zu errechnen. Die für die Temperaturberechnung benötigten Daten wurden mit mehreren Sensoren erfasst. Hierzu kam ein Infrarotthermometer, ein Infrarotabstandssensor, eine Kamera, ein Temperatursensor und ein Lambdasonde innerhalb des Ofens zum Einsatz. Ferner wurden eine Wägezelle, ein Strom- sowie Spannungs-Sensor und ein Temperatursensor außerhalb des Ofens genutzt. Die während der Aufheizphase aufgenommen Datensätze ermöglichten das Training mehrerer künstlicher neuronaler Netze, die die verschiedenen Lebensmittel in die entsprechenden Kategorien einordnen konnten, um so das optimale Backprogram auszuwählen. Zur Abschätzung der thermische Diffusivität der Nahrung, die von der Zusammensetzung (Kohlenhydrate, Fett, Protein, Wasser) abhängt, wurden mehrere künstliche neuronale Netze trainiert. Mit Ausnahme des Fettanteils der Lebensmittel konnten alle Komponenten durch verschiedene KNNs mit einem Maximum von 8 versteckten Neuronen ausreichend genau abgeschätzt werden um auf deren Grundlage die Temperatur im inneren des Lebensmittels zu berechnen. Die durchgeführte Arbeit zeigt, dass mit Hilfe verschiedenster Sensoren zur direkten beziehungsweise indirekten Messung der äußeren Eigenschaften der Lebensmittel sowie KNNs für die Kategorisierung und Abschätzung der Lebensmittelzusammensetzung die automatische Erkennung und Berechnung der inneren Temperatur von verschiedensten Lebensmitteln möglich ist.

KAM: Automatic Planning and Interpretation of Numerical Experiments Using Geometrical Methods

KAM is a computer program that can automatically plan, monitor, and interpret numerical experiments with Hamiltonian systems with two degrees of freedom. The program has recently helped solve an open problem in hydrodynamics. Unlike other approaches to qualitative reasoning about physical system dynamics, KAM embodies a significant amount of knowledge about nonlinear dynamics. KAM's ability to control numerical experiments arises from the fact that it not only produces pictures for us to see, but also looks at (sic---in its mind's eye) the pictures it draws to guide its own actions. KAM is organized in three semantic levels: orbit recognition, phase space searching, and parameter space searching. Within each level spatial properties and relationships that are not explicitly represented in the initial representation are extracted by applying three operations ---(1) aggregation, (2) partition, and (3) classification--- iteratively.

A Novel Breast Tissue Density Classification Methodology

It has been shown that the accuracy of mammographic abnormality detection methods is strongly dependent on the breast tissue characteristics, where a dense breast drastically reduces detection sensitivity. In addition, breast tissue density is widely accepted to be an important risk indicator for the development of breast cancer. Here, we describe the development of an automatic breast tissue classification methodology, which can be summarized in a number of distinct steps: 1) the segmentation of the breast area into fatty versus dense mammographic tissue; 2) the extraction of morphological and texture features from the segmented breast areas; and 3) the use of a Bayesian combination of a number of classifiers. The evaluation, based on a large number of cases from two different mammographic data sets, shows a strong correlation ( and 0.67 for the two data sets) between automatic and expert-based Breast Imaging Reporting and Data System mammographic density assessment

Overview of coded light projection techniques for automatic 3D profiling

Obtaining automatic 3D profile of objects is one of the most important issues in computer vision. With this information, a large number of applications become feasible: from visual inspection of industrial parts to 3D reconstruction of the environment for mobile robots. In order to achieve 3D data, range finders can be used. Coded structured light approach is one of the most widely used techniques to retrieve 3D information of an unknown surface. An overview of the existing techniques as well as a new classification of patterns for structured light sensors is presented. This kind of systems belong to the group of active triangulation method, which are based on projecting a light pattern and imaging the illuminated scene from one or more points of view. Since the patterns are coded, correspondences between points of the image(s) and points of the projected pattern can be easily found. Once correspondences are found, a classical triangulation strategy between camera(s) and projector device leads to the reconstruction of the surface. Advantages and constraints of the different patterns are discussed

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Concordancia en el tratamiento de fracturas de radio distal basado en el estudio de radiografía y tomografía

Introducción: La utilidad de la tomografía computarizada como prueba de rutina en la toma de decisiones para las fracturas de radio distal no ha sido bien establecida. Metodología: Estudio de concordancia intra e interobservador en el tratamiento de fracturas de radio distal Fernández V. Se realizaron dos visitas, con intervalo de 2 semanas entre ellas a 15 ortopedistas de trauma quienes evaluaron 22 radiografías de muñeca y sus respectivas tomografías con fracturas de radio distal Fernández V, determinaron para cada caso la mejor opción de tratamiento. Se utilizó el coeficiente Kappa para evaluar la concordancia intra e interobservador para el plan de tratamiento propuesto y se analizaron los resultados según la interpretación de este coeficiente según Landis y Koch. Resultados: La concordancia entre radiografía y tomografía fue moderada kappa 0,47 – 0,51 en las dos evaluaciones respectivamente, manteniéndose el cambio de tratamiento entre 24,9% y 26,7% (p‹0,001). La concordancia observada intraobservador para radiografía y tomografía evaluadas de manera individual fue buena (72,1% y 64,2% respectivamente) evidenciándose cambio en la decisión de tratamiento hasta en el 35,8% de las evaluaciones (p‹0,001); se determinó concordancia observada muy buena en los casos a los que se propuso manejo abierto. No se identificó influencia de la edad en la decisión de tratamiento. Conclusiones: Existe buena concordancia entre radiografía simple y tomografía en fracturas de radio distal Fernández V en cuanto a la decisión de tratamiento, siendo alta la concordancia en los casos en los que se decide manejo abierto.

Fractura de radio distal como predictor de fractura de cadera en mayores de 65 años de un hospital universitario de alta complejidad en Bogotá

La osteoporosis es una de las condiciones patológicas en mayor crecimiento a medida que la población de tercera edad aumenta, esto se traduce en fracturas por fragilidad como lo son las fracturas de radio distal y las fracturas de cadera, actualmente no se cuentas con datos de la población a estudio que correlacione este tipo de fracturas. Es un estudio retrospectivo de casos y controles donde se obtuvo un grupo de pacientes con fractura de cadera que consultaron a un hospital universitario de alta complejidad en la ciudad de Bogotá, se evaluó la presencia de antecedente de fractura de radio distal y se comparó con un grupo control de trauma en cadera. Se obtuvo un total de 325 casos (72,5%) y 123 (25%) controles. El promedio de edad fue de 81 años, el 70% de los pacientes en ambos grupos correspondió a mujeres. No hubo diferencia en cuanto a la prevalencia de tabaquismo, hipertensión arterial o diabetes en los grupos. No se encontraron diferencias significativas en cuanto a niveles de glicemia, calcio, vitamina D. La presencia de antecedente de fractura de radio distal en grupo con fractura de cadera fue del 7,1% encontrando un OR de 3,91 IC 95%(1,17– 13,10). La presencia de fractura de radio distal como antecedente es un predictor para la fractura de cadera en pacientes mayores. Se necesitan más estudios que correlacionen otras variables que pueden influir en la asociación para fractura de cadera y radio, para así identificar una población específica que se beneficie de un tratamiento temprano.

Automatic diagnosis of voltage disturbances in power distribution networks

This thesis proposes a framework for identifying the root-cause of a voltage disturbance, as well as, its source location (upstream/downstream) from the monitoring place. The framework works with three-phase voltage and current waveforms collected in radial distribution networks without distributed generation. Real-world and synthetic waveforms are used to test it. The framework involves features that are conceived based on electrical principles, and assuming some hypothesis on the analyzed phenomena. Features considered are based on waveforms and timestamp information. Multivariate analysis of variance and rule induction algorithms are applied to assess the amount of meaningful information explained by each feature, according to the root-cause of the disturbance and its source location. The obtained classification rates show that the proposed framework could be used for automatic diagnosis of voltage disturbances collected in radial distribution networks. Furthermore, the diagnostic results can be subsequently used for supporting power network operation, maintenance and planning.

Automatic mass segmentation in mammographic images

Aquesta tesi està emmarcada dins la detecció precoç de masses, un dels símptomes més clars del càncer de mama, en imatges mamogràfiques. Primerament, s'ha fet un anàlisi extensiu dels diferents mètodes de la literatura, concloent que aquests mètodes són dependents de diferent paràmetres: el tamany i la forma de la massa i la densitat de la mama. Així, l'objectiu de la tesi és analitzar, dissenyar i implementar un mètode de detecció robust i independent d'aquests tres paràmetres. Per a tal fi, s'ha construït un patró deformable de la massa a partir de l'anàlisi de masses reals i, a continuació, aquest model és buscat en les imatges seguint un esquema probabilístic, obtenint una sèrie de regions sospitoses. Fent servir l'anàlisi 2DPCA, s'ha construït un algorisme capaç de discernir aquestes regions són realment una massa o no. La densitat de la mama és un paràmetre que s'introdueix de forma natural dins l'algorisme.

Contextual modulation of amygdala responsivity to surprised faces

We recently demonstrated a functional relationship between fMRI responses within the amygdala and the medial prefrontal cortex based upon whether subjects interpreted surprised facial expressions positively or negatively. In the present fMRI study, we sought to assess amygdala-medial prefrontal cortex responsivity when the interpretations of surprised faces were determined by contextual experimental stimuli, rather than subjective judgment. Subjects passively viewed individual presentations of surprised faces preceded by either a negatively or positively valenced contextual sentence (e. g., She just found $500 vs. She just lost $500). Negative and positive sentences were carefully matched in terms of length, situations described, and arousal level. Negatively cued surprised faces produced greater ventral amygdala activation compared to positively cued surprised faces. Responses to negative versus positive sentences were greater within the ventrolateral prefrontal cortex, whereas responses to positive versus negative sentences were greater within the ventromedial prefrontal cortex. The present study demonstrates that amygdala response to surprised facial expressions can be modulated by negatively versus positively valenced verbal contextual information. Connectivity analyses identified candidate cortical-subcortical systems subserving this modulation.

Prefrontal cortical-ventral striatal interactions involved in affective modulation of attentional performance: implications for corticostriatal circuit function

Anatomically segregated systems linking the frontal cortex and the striatum are involved in various aspects of cognitive, affective, and motor processing. In this study, we examined the effects of combined unilateral lesions of the medial prefrontal cortex (mPFC) and the core subregion of the nucleus accumbens (AcbC) in opposite hemispheres (disconnection) on a continuous performance, visual attention test [five-choice serial reaction-time task (5CSRTT)]. The disconnection lesion produced a set of specific changes in performance of the 5CSRTT, resembling changes that followed bilateral AcbC lesions while, in addition, comprising a subset of the behavioral changes after bilateral mPFC lesions previously reported using the same task. Specifically, both mPFC/AcbC disconnection and bilateral AcbC lesions markedly affected aspects of response control related to affective feedback, as indexed by perseverative responding in the 5CSRTT. These effects were comparable, although not identical, to those in animals with either bilateral AcbC or mPFC/AcbC disconnection lesions. The mPFC/AcbC disconnection resulted in a behavioral profile largely distinct from that produced by disconnection of a similar circuit described previously, between the mPFC and the dorsomedial striatum, which were shown to form a functional network underlying aspects of visual attention and attention to action. This distinction provides an insight into the functional specialization of corticostriatal circuits in similar behavioral contexts.

Individual differences in some (but not all) medial prefrontal regions reflect cognitive demand while regulating unpleasant emotion.

The present study investigated the premise that individual differences in autonomic physiology could be used to specify the nature and consequences of information processing taking place in medial prefrontal regions during cognitive reappraisal of unpleasant pictures. Neural (blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging) and autonomic (electrodermal [EDA], pupil diameter, cardiac acceleration) signals were recorded simultaneously as twenty-six older people (ages 64–66 years) used reappraisal to increase, maintain, or decrease their responses to unpleasant pictures. EDA was higher when increasing and lower when decreasing compared to maintaining. This suggested modulation of emotional arousal by reappraisal. By contrast, pupil diameter and cardiac acceleration were higher when increasing and decreasing compared to maintaining. This suggested modulation of cognitive demand. Importantly, reappraisal-related activation (increase, decrease > maintain) in two medial prefrontal regions (dorsal medial frontal gyrus and dorsal cingulate gyrus) was correlated with greater cardiac acceleration (increase, decrease > maintain) and monotonic changes in EDA (increase > maintain > decrease). These data indicate that these two medial prefrontal regions are involved in the allocation of cognitive resources to regulate unpleasant emotion, and that they modulate emotional arousal in accordance with the regulatory goal. The emotional arousal effects were mediated by the right amygdala. Reappraisal-related activation in a third medial prefrontal region (subgenual anterior cingulate cortex) was not associated with similar patterns of change in any of the autonomic measures, thus highlighting regional specificity in the degree to which cognitive demand is reflected in medial prefrontal activation during reappraisal.

Fixed point dual carrier modulation performance for wireless USB

Dual Carrier Modulation (DCM) is currently used as the higher data rate modulation scheme for Multiband Orthogonal Frequency Division Multiplexing (MB-OFDM) in the ECMA-368 defined Ultra-Wideband (UWB) radio platform. ECMA-368 has been chosen as the physical radio platform for many systems including Wireless USB (W-USB), Bluetooth 3.0 and Wireless HDMI; hence ECMA-368 is an important issue to consumer electronics and the user’s experience of these products. In this paper, Log Likelihood Ratio (LLR) demapping method is used for the DCM demaper implemented in fixed point model. Channel State Information (CSI) aided scheme coupled with the band hopping information is used as the further technique to improve the DCM demapping performance. The receiver performance for the fixed point DCM is simulated in realistic multi-path environments.

Dietary-based gut flora modulation against Clostridium difficile onset

Clostridium difficile infection is a frequent complication of antibiotic therapy in hospitalised patients, which today is attracting more attention than ever and has led to its classification as a 'superbug'. Disruption of the composition of the intestinal microflora following antibiotic treatment is an important prerequisite for overgrowth of C. difficile and the subsequent development of an infection. Treatment options for antibiotic-associated diarrhoea and C. difficile-induced colitis include administration of specific antibiotics (e.g. vancomycin), which often leads to high relapse rates. More importantly, both the rate and severity of C. difficile-associated diseases are increasing, with new epidemic strains of C. difficile often implicated. For the prevention and treatment of antibiotic-associated diarrhoea and C. difficile infection, several probiotic bacteria such as selected strains of lactobacilli (especially Lactobacillus rhamnosus GG), Bifidobacterium longum, and Enterococcus faecium and the non-pathogenic yeast Saccharomyces boulardii have been used. Controlled trials indicate a benefit of S. boulardii and L. rhamnosus GG as therapeutic agents when used as adjuncts to antibiotics. However, the need for more well designed controlled trials with probiotics is explicit.

The cognitive neurochemistry of nicotine

The rational for this review is to provide a coherent formulation of the cognitive neurochemistry of nicotine, with the aim of suggesting research and clinical applications. The first part is a comprehensive review of the empirical studies of the enhancing effects of nicotine on information processing, especially those on attentional and mnemonic processing. Then, these studies are put in the context of recent studies on the neurochemistry of nicotine and cholinergic drugs, in general. They suggest a positive effect of nicotine on processes acting on encoded material during the post acquisition phase, the process of consolidation. Thus, the involvement of nicotinic receptors in mnemonic processing is modulation of the excitability of neurons in the hippocampal formation to enable associative processing.