Nonlinear dynamics of the patient’s response to drug effect during general anesthesia

In today’s healthcare paradigm, optimal sedation during anesthesia plays an important role both in patient welfare and in the socio-economic context. For the closed-loop control of general anesthesia, two drugs have proven to have stable, rapid onset times: propofol and remifentanil. These drugs are related to their effect in the bispectral index, a measure of EEG signal. In this paper wavelet time–frequency analysis is used to extract useful information from the clinical signals, since they are time-varying and mark important changes in patient’s response to drug dose. Model based predictive control algorithms are employed to regulate the depth of sedation by manipulating these two drugs. The results of identification from real data and the simulation of the closed loop control performance suggest that the proposed approach can bring an improvement of 9% in overall robustness and may be suitable for clinical practice.

Nonlinear Dynamics for Local Fractional Burgers Equation Arising in Fractal Flow

The local fractional Burgers’ equation (LFBE) is investigated from the point of view of local fractional conservation laws envisaging a nonlinear local fractional transport equation with a linear non-differentiable diffusion term. The local fractional derivative transformations and the LFBE conversion to a linear local fractional diffusion equation are analyzed.

Controlo inteligente de um Sistema de Levitação Magnética

A levitação magnética tem sido um tema bastante investigado sobretudo devido à sua utilização em sistemas ferroviários de transportes. É o método ideal quando existe a necessidade em aplicações de restringir do contacto físico, ou a conveniência, em termos energéticos, de eliminar o atrito. O princípio de funcionamento é simples, um eletroíman cria uma força sobre um objeto ferromagnético que contraria a gravidade. Contudo um sistema de levitação por atração é instável e não linear, o que significa a necessidade de implementar um controlador para satisfazer as características de estabilidade desejadas. Ao longo deste projeto serão descritos os procedimentos teóricos e práticos que foram tomados na criação de um sistema de levitação eletromagnética. Desde a conceção física do sistema, como escolha do sensor, condicionamento de sinal ou construção do eletroíman, até aos procedimentos matemáticos que permitiram a modelação do sistema e criação de controladores. Os controladores clássicos, como o PID ou em avanço de fase, foram projetados através da técnica do Lugar Geométrico de Raízes. No projeto do controlador difuso, pelo contrário não se fez uso da modelação do sistema ou de qualquer relação matemática entre as variáveis. A utilização desta técnica de controlo destacou-se pela usa simplicidade e rapidez de implementação, fornecendo um bom desempenho ao sistema. Na parte final do relatório os resultados obtidos pelos diferentes métodos de controlo são analisados e apresentadas as respetivas conclusões. Estes resultados revelam que para este sistema, relativamente aos outros métodos, o controlador difuso apresenta o melhor desempenho tanto ao nível da resposta transitória, como em regime permanente.

An Update on Airborne Contact Dermatitis: 2001-2006

Reports on airborne dermatoses are mainly published in the context of occupational settings. Hence, in recent years, dermatologists and also occupational physicians have become increasingly aware of the airborne source of contact dermatitis, resulting mainly from exposure to irritants or allergens. However, their occurrence is still underestimated, because reports often omit the term 'airborne' in relation to dust or volatile allergens. For the present update, we screened the journals 'Contact Dermatitis' (July 2000 to December 2006); 'Dermatitis', formerly named 'American Journal of Contact Dermatitis'; 'La Lettre du Gerda' (January 2000 to December 2006); and also included relevant articles from other journals published during the same period. This resulted in an updated list of airborne dermatitis causes.

Testing Nelder-Mead Based Repulsion Algorithms for Multiple Roots of Nonlinear Systems via a Two-Level Factorial Design of Experiments

This paper addresses the challenging task of computing multiple roots of a system of nonlinear equations. A repulsion algorithm that invokes the Nelder-Mead (N-M) local search method and uses a penalty-type merit function based on the error function, known as 'erf', is presented. In the N-M algorithm context, different strategies are proposed to enhance the quality of the solutions and improve the overall efficiency. The main goal of this paper is to use a two-level factorial design of experiments to analyze the statistical significance of the observed differences in selected performance criteria produced when testing different strategies in the N-M based repulsion algorithm. The main goal of this paper is to use a two-level factorial design of experiments to analyze the statistical significance of the observed differences in selected performance criteria produced when testing different strategies in the N-M based repulsion algorithm.

Early Infantil Krabbe Disease with Unusual Survival

Introduction: Globoid cell leukodystrophy (Krabbe disease) is caused by a deficiency of the lysosomal galactocerebrosidase that results in progressive demyelination. The sole treatment is hematopoietic cell transplantation, which is only effective if performed before the onset of signs. In the absence of treatment, most children with early infantile Krabbe disease die within 2 years. Case Report: Female patient, first child of non-consanguineous parents, apparently normal till the fifth month of age when she presented with irritability, stiffness with clenched fists, developmental delay and feeding difficulties that progressed rapidly to failure to thrive, apathy, psychomotor regression, few spontaneous movements and spastic tetraparesis. Cerebral MRI showed extensive cerebral white matter abnormalities, relatively sparing the U-fibers, with a pattern of radiating stripes. Galactocerebrosidase activity in leukocytes and fibroblasts and molecular studies confirmed the diagnosis of Krabbe disease. After the rapid and regressive initial phase, she showed no further clinical progression of the disorder and although she did not grow she even showed regression of irritability and had a stable evolution and good visual contact until death over the age of 5 years. Comments: Our case shows that patients may have a stabilized form of disease and that a longer survival than described in the literature without transplant is possible in some patients.

Towards Human-like Bimanual Movements in Anthropomorphic Robots: A Nonlinear Optimization Approach

Previously we have presented a model for generating human-like arm and hand movements on an unimanual anthropomorphic robot involved in human-robot collaboration tasks. The present paper aims to extend our model in order to address the generation of human-like bimanual movement sequences which are challenged by scenarios cluttered with obstacles. Movement planning involves large scale nonlinear constrained optimization problems which are solved using the IPOPT solver. Simulation studies show that the model generates feasible and realistic hand trajectories for action sequences involving the two hands. The computational costs involved in the planning allow for real-time human robot-interaction. A qualitative analysis reveals that the movements of the robot exhibit basic characteristics of human movements.

Simulation of masonry out-of-plane failure modes by multi-body dynamics

The seismic assessment of the local failure modes in existing masonry buildings is currently based on the identification of the so-called local mechanisms, often associated with the out-of-plane wall behavior, whose stability is evaluated by static force-based approaches and, more recently, by some displacement-based proposals. Local mechanisms consist of kinematic chains of masonry portions, often regarded as rigid bodies, with geometric nonlinearity and concentrated nonlinearity in predefined contact regions (unilateral no-tension behavior, possible sliding with friction). In this work, the dynamic behavior of local mechanisms is simulated through multi-body dynamics, to obtain the nonlinear response with efficient time history analyses that directly take into account the characteristics of the ground motion. The amplification/filtering effects of the structure are considered within the input motion. The proposed approach is validated with experimental results of two full-scale shaking-table tests on stone masonry buildings: a sacco-stone masonry façade tested at Laboratório Nacional de Engenharia Civil and a two-storey double-leaf masonry building tested at European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering (EUCENTRE).

A filter inexact-restoration method for nonlinear programming

A new iterative algorithm based on the inexact-restoration (IR) approach combined with the filter strategy to solve nonlinear constrained optimization problems is presented. The high level algorithm is suggested by Gonzaga et al. (SIAM J. Optim. 14:646–669, 2003) but not yet implement—the internal algorithms are not proposed. The filter, a new concept introduced by Fletcher and Leyffer (Math. Program. Ser. A 91:239–269, 2002), replaces the merit function avoiding the penalty parameter estimation and the difficulties related to the nondifferentiability. In the IR approach two independent phases are performed in each iteration, the feasibility and the optimality phases. The line search filter is combined with the first one phase to generate a “more feasible” point, and then it is used in the optimality phase to reach an “optimal” point. Numerical experiences with a collection of AMPL problems and a performance comparison with IPOPT are provided.

Maximum likelihood detection for OFDM signals with strong nonlinear distortion effects

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Organização da atividade dos músculos solear e braquiorradial em sujeitos com AVE e aumento do stiffness do cotovelo

Introdução: Das possíveis alterações decorrentes da lesão por Acidente Vascular Encefálico (AVE) é de evidenciar as alterações de controlo postural (CP) e aumento do stiffness. A intervenção na reabilitação neuro-motora baseia-se na capacidade intrínseca do Sistema Nervoso Central (SNC) compensar danos estruturais através da reorganização das redes neurais. Objectivo(s): Descrever as modificações do comportamento e tempos de ativação dos músculos solear e braquiorradial no início da marcha e primeira subfase das sequências de movimento de sentado para de pé e de pé para sentado. Pretendeu-se apresentar também as modificações do stiffness do cotovelo Métodos: A amostra consistiu em 5 participantes com média de idade de 44 anos, 2 do sexo feminino e 3 do masculino que sofreram um AVE. Foi implementado um programa de reabilitação para cada, por um período de 3 meses, com 2 momentos de avaliação (M0 e M1). A eletromiografia foi recolhida do solear, braquiorradial, biceps e triceps. O dinamómetro isocinético monitorizou o torque e a amplitude do cotovelo na extensão passiva. Foram calculados os tempos de ativação muscular e o valor de stiffness. Resultados: Observou-se nos 5 participantes uma modificação do comportamento dos músculos solear e braquiorradial ipsilesional e contralesional no sentido da inibição de M0 para M1 no sentar levantar. Esta também foi observada na sequência de pé para sentado e no início da marcha, sendo mais variável entre participantes. Verificou-se que o stiffness do membro superior contralesional apresentou uma modificação no sentido da diminuição em todas as amplitudes. O mesmo sucedeu com membro superior ipsilesional sobretudo nas amplitudes intermédias, excepto no B e D. Conclusão: De M0 para M1 verificou-se a modificação dos tempos e do comportamento dos músculos antigravíticos como o solear e o braquiorradial nas tarefas funcionais e uma modificação do stiffness passivo do cotovelo.

Reorganização do Controlo Postural no Acidente Vascular Encefálico: Ajustes Posturais Antecipatórios e Stiffness da Tibiotársica

Introdução: A reorganização do Sistema Nervoso após Acidente Vascular Encefálico é dependente da experienciação de diferentes tipos de input no âmbito da intervenção em fisioterapia. A potenciação do controlo postural (CP) nestes sujeitos é importante para organização dos ajustes posturais antecipatórios nas tarefas funcionais levantar, sentar e início da marcha e pode ser acompanhado de uma regulação do stiffness. Objectivo(s): Reportar as modificações ocorridas nos tempos de inibição e ativação dos músculos solear e tibial anterior, respetivamente, nas sequências de movimento levantar, sentar e início da marcha, na linha temporal atribuída aos APA’s assim como descrever as modificações ocorridas no comportamento do stiffness passivo da tibiotársica. Métodos: Foi implementado um programa de fisioterapia durante 3 meses em 5 participantes com Acidente Vascular Encefálico. Estes foram avaliados previamente à implementação do programa e após (M0 e M1). Foi analisada a atividade eletromiográfica dos músculos solear e tibial anterior, em ambos os membros inferiores, na linha temporal atribuída aos APA’s nas referidas tarefas. O torque e a amplitude articular da tibiotársica foi monitorizada, através do dinamómetro isocinético, no movimento passivo de dorsiflexão, e registada a atividade muscular através de eletromiografia de superfície, nos músculos solear e gastrocnémio medial. Resultados: À exceção do músculo tibial anterior contralesional no paciente C, todos os participantes demonstraram modificações nos tempos dos músculos do membro contralesional na tarefa levantar. No membro ispsilesional todos os participantes demonstraram alterações, sem que seja possível definir uma tendência. Todos apresentaram uma diminuição do stiffness, embora nos participantes A e E mais evidente nas amplitudes intermédias. Conclusão: Entre os dois momentos de avaliação foi possível reportar modificações nos tempos de inibição dos músculos solear e nos tempos de ativação dos músculos tibial anterior na linha temporal atribuída aos APA’s, no entanto mais homogéneas no membro contralesional na tarefa levantar. Em todos os participantes o stiffness sofreu alterações no sentido da diminuição.

Necrosis of a Guinea Pig Stomach after Contact with Povidone-Iodine: a Case Report

Rodents are the most frequently used animals in surgical experimentation. It is estimated that guinea pigs in particular are the third most commonly used species in this context. To disinfect guinea pigs’ skin, either alcohol or surgical iodine are most often used. In the context of an animal research project, a Nissen operation was performed in an adult male guinea pig. Because of accidental contamination of the operative field, a 10% povidone-iodine cutaneous solution was applied to the serosa of the anterior wall of the stomach and to the gastric fundus. The guinea pig died 12 hours after surgery due to an acute necrotizing hemorrhagic gastritis. Although there have been a few reports of povidone-iodine toxicity in the guinea pig, as far as the authors could determine, this is the first time that such a serious abdominal complication is reported. The authors believe that the possibility of a similar event should be taken into consideration when planning, executing and interpreting experiments in the guinea pig.