EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF ANISOTROPIC ANALYTICAL ALGORITHM IN FLATTENED AND FLATTENING-FILTER-FREE BEAMS FOR HIGH ENERGY LUNG DOSE DELIVERY USING THE RADIOLOGICAL PHYSICS CENTER LUNG PHANTOM

The effectiveness of the Anisotropic Analytical Algorithm (AAA) implemented in the Eclipse treatment planning system (TPS) was evaluated using theRadiologicalPhysicsCenteranthropomorphic lung phantom using both flattened and flattening-filter-free high energy beams. Radiation treatment plans were developed following the Radiation Therapy Oncology Group and theRadiologicalPhysicsCenterguidelines for lung treatment using Stereotactic Radiation Body Therapy. The tumor was covered such that at least 95% of Planning Target Volume (PTV) received 100% of the prescribed dose while ensuring that normal tissue constraints were followed as well. Calculated doses were exported from the Eclipse TPS and compared with the experimental data as measured using thermoluminescence detectors (TLD) and radiochromic films that were placed inside the phantom. The results demonstrate that the AAA superposition-convolution algorithm is able to calculate SBRT treatment plans with all clinically used photon beams in the range from 6 MV to 18 MV. The measured dose distribution showed a good agreement with the calculated distribution using clinically acceptable criteria of ±5% dose or 3mm distance to agreement. These results show that in a heterogeneous environment a 3D pencil beam superposition-convolution algorithms with Monte Carlo pre-calculated scatter kernels, such as AAA, are able to reliably calculate dose, accounting for increased lateral scattering due to the loss of electronic equilibrium in low density medium. The data for high energy plans (15 MV and 18 MV) showed very good tumor coverage in contrast to findings by other investigators for less sophisticated dose calculation algorithms, which demonstrated less than expected tumor doses and generally worse tumor coverage for high energy plans compared to 6MV plans. This demonstrates that the modern superposition-convolution AAA algorithm is a significant improvement over previous algorithms and is able to calculate doses accurately for SBRT treatment plans in the highly heterogeneous environment of the thorax for both lower (≤12 MV) and higher (greater than 12 MV) beam energies.

Pathway Semantics: An Algebraic Data Driven Algorithm to Generate Hypotheses about Molecular Patterns Underlying Disease Progression

The overarching goal of the Pathway Semantics Algorithm (PSA) is to improve the in silico identification of clinically useful hypotheses about molecular patterns in disease progression. By framing biomedical questions within a variety of matrix representations, PSA has the flexibility to analyze combined quantitative and qualitative data over a wide range of stratifications. The resulting hypothetical answers can then move to in vitro and in vivo verification, research assay optimization, clinical validation, and commercialization. Herein PSA is shown to generate novel hypotheses about the significant biological pathways in two disease domains: shock / trauma and hemophilia A, and validated experimentally in the latter. The PSA matrix algebra approach identified differential molecular patterns in biological networks over time and outcome that would not be easily found through direct assays, literature or database searches. In this dissertation, Chapter 1 provides a broad overview of the background and motivation for the study, followed by Chapter 2 with a literature review of relevant computational methods. Chapters 3 and 4 describe PSA for node and edge analysis respectively, and apply the method to disease progression in shock / trauma. Chapter 5 demonstrates the application of PSA to hemophilia A and the validation with experimental results. The work is summarized in Chapter 6, followed by extensive references and an Appendix with additional material.

A new algorithm to accelerate harmonic analysis of time series

The Lomb periodogram has been traditionally a tool that allows us to elucidate if a frequency turns out to be important for explaining the behaviour of a given time series. Many linear and nonlinear reiterative harmonic processes that are used for studying the spectral content of a time series take into account this periodogram in order to avoid including spurious frequencies in their models due to the leakage problem of energy from one frequency to others. However, the estimation of the periodogram requires long computation time that makes the harmonic analysis slower when we deal with certain time series. Here we propose an algorithm that accelerates the extraction of the most remarkable frequencies from the periodogram, avoiding its whole estimation of the harmonic process at each iteration. This algorithm allows the user to perform a specific analysis of a given scalar time series. As a result, we obtain a functional model made of (1) a trend component, (2) a linear combination of Fourier terms, and (3) the so-called mixed secular terms by reducing the computation time of the estimation of the periodogram.

New developmental stages for common marmosets (Callithrix jacchus) using mass and age variables obtained by K-means algorithm and self-organizing maps (SOM)

LEÃO, Adriano de Castro; DÓRIA NETO, Adrião Duarte; SOUSA, Maria Bernardete Cordeiro de. New developmental stages for common marmosets (Callithrix jacchus) using mass and age variables obtained by K-means algorithm and self-organizing maps (SOM). Computers in Biology and Medicine, v. 39, p. 853-859, 2009

New developmental stages for common marmosets (Callithrix jacchus) using mass and age variables obtained by K-means algorithm and self-organizing maps (SOM)

LEÃO, Adriano de Castro; DÓRIA NETO, Adrião Duarte; SOUSA, Maria Bernardete Cordeiro de. New developmental stages for common marmosets (Callithrix jacchus) using mass and age variables obtained by K-means algorithm and self-organizing maps (SOM). Computers in Biology and Medicine, v. 39, p. 853-859, 2009

Estratégias de cálculo mental de alunos da 5ª série/6º ano do ensino fundamental

Esta pesquisa de mestrado teve como principal objetivo investigar estratégias de cálculo mental, utilizadas por alunos de uma 5ª série/6º ano do ensino fundamental ao resolver cálculos de adição e subtração. Para atingir este objetivo procuramos responder aos questionamentos: Quais estratégias de cálculo mental, alunos da 5ª série/6º ano empregam na resolução de cálculos de adição e subtração? Que relações existem entre o tipo de cálculo envolvido e a estratégia adotada para resolvê-lo? Para respondermos a essas questões, seguimos uma metodologia de natureza qualitativa, configurada como estudo de caso do tipo etnográfico. O trabalho de campo foi desenvolvido em uma turma de 5ª série/6º ano do ensino fundamental de uma escola pública da rede estadual de ensino do município de Serra. A pesquisa aconteceu de maio a dezembro de 2013. Oito alunos resolveram uma atividade diagnóstica composta de quatro sequências de cálculos mentais, a saber, fatos fundamentais do número 5, do número 10, do número 20 e do número 100, dentre adições e subtrações próximas a esses resultados. Todos alunos participaram da etapa de entrevistas. Dos oito alunos, foram escolhidos dados de três que participaram de outras etapas da pesquisa. Os registros realizados pelos alunos na etapa de observação da turma, na etapa diagnóstica e na etapa de intervenção didática, as anotações no caderno de campo e algumas gravações em áudio serviram como fontes de coleta de dados. Utilizamos as estratégias identificadas por Beishuizen (1997), Klein e Beishuizen (1998), Thompson (1999, 2000) e Lucangeli et al. (2003), como categorias de análise. Através da análise de dados, constatamos que as escolhas das estratégias de cálculo mental pelos alunos variaram de acordo com o tipo de sequência de cálculos, a operação aritmética (adição ou subtração) e o estado emocional deles durante a atividade. Foi possível identificar o uso de duas estratégias combinadas, o algoritmo mental e estratégias de contagens nos dedos para grande parte dos cálculos. O uso do algoritmo mental mostrou-se um procedimento de grande sobrecarga mental e, em alguns cálculos de adição sem reserva, serviu apenas como apoio à visualização numérica, sendo executado pelo aluno da esquerda para a direita, semelhantemente à estratégia de decomposição numérica. Os dados deste estudo apontam para: (i) a necessidade de se trabalhar fatos numéricos fundamentais de adição e subtração via cálculo mental de maneira sistemática em sala de aula; (ii) a necessidade de se ensinar estratégias autênticas de cálculo mental para que os alunos não se tornem dependentes de estratégias como contagens e algoritmo mental, que são mais difíceis de serem executadas com êxito; (iii) a importância de entrevistar, individualmente, os alunos a fim de compreender e avaliar o desenvolvimento destes em tarefas de cálculo mental.

Aproximação numérica – analítica para a modelagem da conversão termoquímica de combustíveis sólidos

Um algoritmo numérico foi criado para apresentar a solução da conversão termoquímica de um combustível sólido. O mesmo foi criado de forma a ser flexível e dependente do mecanismo de reação a ser representado. Para tanto, um sistema das equações características desse tipo de problema foi resolvido através de um método iterativo unido a matemática simbólica. Em função de não linearidades nas equações e por se tratar de pequenas partículas, será aplicado o método de Newton para reduzir o sistema de equações diferenciais parciais (EDP’s) para um sistema de equações diferenciais ordinárias (EDO’s). Tal processo redução é baseado na união desse método iterativo à diferenciação numérica, pois consegue incorporar nas EDO’s resultantes funções analíticas. O modelo reduzido será solucionado numericamente usando-se a técnica do gradiente bi-conjugado (BCG). Tal modelo promete ter taxa de convergência alta, se utilizando de um número baixo de iterações, além de apresentar alta velocidade na apresentação das soluções do novo sistema linear gerado. Além disso, o algoritmo se mostra independente do tamanho da malha constituidora. Para a validação, a massa normalizada será calculada e comparada com valores experimentais de termogravimetria encontrados na literatura, , e um teste com um mecanismo simplificado de reação será realizado.

Proposta de um algoritmo GPC adaptativo com baixo custo computacional

Esta dissertação propõe um algoritmo do Controlador Preditivo Generalizado (GPC) com horizonte de controle igual a um para ser aplicado em plantas industriais com modelos variantes no tempo, simples o su ficiente para ser implementado em Controlador Lógico Programável (PLC). A solução explícita do controlador é obtida em função dos parâmetros do modelo e dos parâmetros de sintonia do GPC (horizonte nal de predição hp e o fator de supressão do sinal de controle ), além das entradas e saídas presentes e passadas. A sintonia do fator de supressão e do horizonte de previsão GPC é feita através do lugar das raízes da equação característica do sistema em malha fechada, sempre que os parâmetros do modelo da planta industrial (estável ou instável em malha aberta) forem modificados.

Um algoritmo PSO híbrido para planejamento de caminhos em navegação de veículos utilizando A*

Utilizar robôs autônomos capazes de planejar o seu caminho é um desafio que atrai vários pesquisadores na área de navegação de robôs. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo implementar um algoritmo PSO híbrido para o planejamento de caminhos em ambientes estáticos para veículos holonômicos e não holonômicos. O algoritmo proposto possui duas fases: a primeira utiliza o algoritmo A* para encontrar uma trajetória inicial viável que o algoritmo PSO otimiza na segunda fase. Por fim, uma fase de pós planejamento pode ser aplicada no caminho a fim de adaptá-lo às restrições cinemáticas do veículo não holonômico. O modelo Ackerman foi considerado para os experimentos. O ambiente de simulação de robótica CARMEN (Carnegie Mellon Robot Navigation Toolkit) foi utilizado para realização de todos os experimentos computacionais considerando cinco instâncias de mapas geradas artificialmente com obstáculos. O desempenho do algoritmo desenvolvido, A*PSO, foi comparado com os algoritmos A*, PSO convencional e A* Estado Híbrido. A análise dos resultados indicou que o algoritmo A*PSO híbrido desenvolvido superou em qualidade de solução o PSO convencional. Apesar de ter encontrado melhores soluções em 40% das instâncias quando comparado com o A*, o A*PSO apresentou trajetórias com menos pontos de guinada. Investigando os resultados obtidos para o modelo não holonômico, o A*PSO obteve caminhos maiores entretanto mais suaves e seguros.

Modelo de escoamento multifásico para estudo da interação onda/sedimento

Modelos de escoamento multifásico são amplamente usados em diversas áreas de pesquisa ambiental, como leitos fluidizados, dispersão de gás em líquidos e vários outros processos que englobam mais de uma propriedade físico-química do meio. Dessa forma, um modelo multifásico foi desenvolvido e adaptado para o estudo do transporte de sedimentos de fundo devido à ação de ondas de gravidade. Neste trabalho, foi elaborado o acoplamento multifásico de um modelo euleriano não-linear de ondas do tipo Boussinesq, baseado na formulação numérica encontrada em Wei et al. (1995), com um modelo lagrangiano de partículas, fundamentado pelo princípio Newtoniano do movimento com o esquema de colisões do tipo esferas rígidas. O modelo de ondas foi testado quanto à sua fonte geradora, representada por uma função gaussiana, pá-pistão e pá-batedor, e quanto à sua interação com a profundidade, através da não-linearidade e de propriedades dispersivas. Nos testes realizados da fonte geradora, foi observado que a fonte gaussiana, conforme Wei et al. (1999), apresentou melhor consistência e estabilidade na geração das ondas, quando comparada à teoria linear para um kh   . A não-linearidade do modelo de ondas de 2ª ordem para a dispersão apresentou resultados satisfatórios quando confrontados com o experimento de ondas sobre um obstáculo trapezoidal, onde a deformação da onda sobre a estrutura submersa está em concordância com os dados experimentais encontrados na literatura. A partir daí, o modelo granular também foi testado em dois experimentos. O primeiro simula uma quebra de barragem em um tanque contendo água e o segundo, a quebra de barragem é simulada com um obstáculo rígido adicionado ao centro do tanque. Nesses experimentos, o algoritmo de colisão foi eficaz no tratamento da interação entre partícula-partícula e partícula-parede, permitindo a evidência de processos físicos que são complicados de serem simulados por modelos de malhas regulares. Para o acoplamento do modelo de ondas e de sedimentos, o algoritmo foi testado com base de dados da literatura quanto à morfologia do leito. Os resultados foram confrontados com dados analíticos e de modelos numéricos, e se mostraram satisfatórios com relação aos pontos de erosão, de sedimentação e na alteração da forma da barra arenosa

Electric vehicle scenario simulator tool for smart grid operators

This paper presents a simulator for electric vehicles in the context of smart grids and distribution networks. It aims to support network operator´s planning and operations but can be used by other entities for related studies. The paper describes the parameters supported by the current version of the Electric Vehicle Scenario Simulator (EVeSSi) tool and its current algorithm. EVeSSi enables the definition of electric vehicles scenarios on distribution networks using a built-in movement engine. The scenarios created with EVeSSi can be used by external tools (e.g., power flow) for specific analysis, for instance grid impacts. Two scenarios are briefly presented for illustration of the simulator capabilities.

FOSTER: facilitate open science training for european research

FOSTER aims to support different stakeholders, especially young researchers, in adopting open access in the context of the European Research Area (ERA) and in complying with the open access policies and rules of participation set out for Horizon 2020 (H2020). FOSTER establish a European-wide training programme on open access and open data, consolidating training activities at downstream level and reaching diverse disciplinary communities and countries in the ERA. The training programme includes different approaches and delivery options: elearning, blearning, self-learning, dissemination of training materials/contents, helpdesk, face-to-face training, especially training-the-trainers, summer schools, seminars, etc.

CAT (Curator Archiving Tool): improving access to web archives

PADICAT is the web archive created in 2005 in Catalonia (Spain ) by the Library of Catalonia (BC ) , the National Library of Catalonia , with the aim of collecting , processing and providing permanent access to the digital heritage of Catalonia . Its harvesting strategy is based on the hybrid model ( of massive harvesting . SPA top level domain ; selective compilation of the web site output of Catalan organizations; focused harvesting of public events) . The system provides open access to the whole collection , on the Internet . We consider necessary to complement the current search for new and visualization software with open source software tool, CAT ( Curator Archiving Tool) , composed by three modules aimed to effectively managing the processes of human cataloguing ; to publish directories where the digital resources and special collections ; and to offer statistical information of added value to end users. Within the framework of the International Internet Preservation Consortium meeting ( Vienna 2010) , the progress in the development of this new tool, and the philosophy that has motivated his design, are presented to the international community.

EduFeedr - following and supporting learners in open blog-based courses

In recent years several educators have organized open courses where participants reflect on their personal blogs. With a large number of participants it becomes a challenge to follow all the course discussions. In this paper we present the EduFeedr system that is specifically designed for following and supporting student activities in blog-based courses.