Deep structure of crust and mantle beneath Iberia and Western Mediterranean from P and S Receiver functions and SKS Waveforms

We have conducted a P and S receiver functions [PRFs and SRFs] analysis for 19 seismic stations on the Iberia and western Mediterranean. In the transition zone [TZ] the PRFs analysis reveals a band [from Gibraltar to Balearic] increased by 10-20 km relative to the standard 250 km. The TZ thickness variations are strongly correlated with the P660s times in PRFs. We interpret the variable depth of the 660-km discontinuity as an effect of subduction. Over the anomalous TZ we found a reduced velocity zone in the upper mantle. Joint inversion of PRFs and SRFs reveals a subcrustal high S velocity lid and an underlying LVZ. A reduction of the S velocity in the LVZ is less than 10%. The Gutenberg discontinuity is located at 65±5 km, but in several models sampling the Mediterranean, the lid is missing or its thickness is reduced to ~30 km. In the Gibraltar and North Africa this boundary is located at ~100 km. The lid Vp/Vs beneath Betics is reduced relative to the standard 1.8. Another evidence of the Vp/Vs anomaly is provided by S410p phase late arrivals in the SRFs. The azimuthal anisotropy analysis with a new technology was conducted at 5 stations and at 2 groups of stations. The fast direction in the uppermost mantle layer is ~90º in Iberian Massif. In Balearic is in the azimuth of ~120º. At a depth of ~60 km the direction becomes 90º. Anisotropy in the upper layer can be interpreted as frozen, whereas anisotropy in the lower layer is active, corresponding to the present-day or recent flow. The effect of the asthenosphere in the SKS splitting is much larger than the effect of the subcrustal lithosphere.

Electrorheology study of a series of LC cyanobiphenyls: Experimental and theoretical treatment

In this work we study the electro-rheological behaviour of a series of four liquid crystal (LC) cyanobiphenyls with a number of carbon atoms in the alkyl group, ranging from five to eight (5CB–8CB). We present the flow curves for different temperatures and under the influence of an external electric field, ranging from 0 to 3 kV/mm, and the viscosity as a function of the temperature, for the same values of electric field, obtained for different shear rates. Theoretical interpretation of the observed behaviours is proposed in the framework of the continuum theory of Leslie–Ericksen for low molecular weight nematic LCs. In our analysis, the director alignment angle is only a function of the ratio between the shear rate and the square of the electric field – boundary conditions are neglected. By fitting the theoretical model to the experimental data, we are able to determine some viscosity coefficients and the dielectric anisotropy as a function of temperature. To interpret the behaviour of the flow curves near the nematic–isotropic transitions, we apply the continuum theory of Olmsted–Goldbart, which extends the theory of Leslie–Ericksen to the case where the degree of alignment of the LC molecules can also vary.

Evidences for direct magnetic patterning via diffusive transformations using femtosecond laser interferometry

The application of femtosecond laser interferometry to direct patterning of thin-film magnetic alloys is demonstrated. The formation of stripe gratings with submicron periodicities is achieved in Fe1-xVx (x=18-34wt. %) layers, with a difference in magnetic moments up to Delta mu/mu similar to 20 between adjacent stripes but without any significant development of the topographical relief (<1% of the film thickness). The produced gratings exhibit a robust effect of their anisotropy shape on magnetization curves in the film plane. The obtained data witness ultrafast diffusive transformations associated with the process of spinodal decomposition and demonstrate an opportunity for producing magnetic nanostructures with engineered properties upon this basis.

From the Bay of Biscay to the High Atlas: completing the anisotropic characterization of the upper mantle beneath the westernmost Mediterranean region

The knowledge of the anisotropic properties beneath the Iberian Peninsula and Northern Morocco has been dramatically improved since late 2007 with the analysis of the data provided by the dense TopoIberia broadband seismic network, the increasing number of permanent stations operating in Morocco, Portugal and Spain, and the contribution of smaller scale/higher resolution experiments. Results from the two first TopoIberia deployments have evidenced a spectacular rotation of the fast polarization direction (FPD) along the Gibraltar Arc, interpreted as an evidence of mantle flow deflected around the high velocity slab beneath the Alboran Sea, and a rather uniform N100 degrees E FPD beneath the central Iberian Variscan Massif, consistent with global mantle flow models taking into account contributions of surface plate motion, density variations and net lithosphere rotation. The results from the last Iberarray deployment presented here, covering the northern part of the Iberian Peninsula, also show a rather uniform FPD orientation close to N100 degrees E, thus confirming the previous interpretation globally relating the anisotropic parameters to the LPO of mantle minerals generated by mantle flow at asthenospheric depths. However, the degree of anisotropy varies significantly, from delay time values of around 0.5 s beneath NW Iberia to values reaching 2.0 sin its NE comer. The anisotropic parameters retrieved from single events providing high quality data also show significant differences for stations located in the Variscan units of NW Iberia, suggesting that the region includes multiple anisotropic layers or complex anisotropy systems. These results allow to complete the map of the anisotropic properties of the westernmost Mediterranean region, which can now be considered as one of best constrained regions worldwide, with more than 300 sites investigated over an area extending from the Bay of Biscay to the Sahara platform. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development of new biomaterials based on liquid crystalline phases of cellulose derivatives

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Estudo de delaminação em compósitos de matriz polimérica

A aplicação do material compósito é neste momento bastante vasta, graças à combinação das suas características específicas, tais como, maior resistência específica e módulos específicos e melhor resistência à fadiga, quando comparados com os metais convencionais. Tais características, quando requeridas, tornam este material ideal para aplicações estruturais. Esta caminhada de sucesso iniciou desde muito cedo, quando o material compósito já era utilizado para fabrico de armas pelos mongóis e na construção civil pelos hebreus e egípcios, contudo, só a partir dos meados do século XX é que despertou interesses para aplicações mais modernas. Atualmente os materiais compósitos são utilizados em equipamentos domésticos, componentes elétricos e eletrónicos, passando por materiais desportivos, pela indústria automóvel e construção civil, até indústrias de grande exigência e visibilidade tecnológica como a aeronáutica, espacial e de defesa. Apesar das boas características apresentadas pelos materiais compósitos, no entanto, estes materiais têm tendência a perderem as suas propriedades quando submetidas a algumas operações de acabamento como a furação. A furação surge da necessidade de ligação de peças de um mesmo mecanismo. Os furos obtidos por este processo devem ser precisos e sem danos para garantir ligações de alta resistência e também precisas. A furação nos materiais compósitos é bastante complexa devido à sua heterogeneidade, anisotropia, sensibilidade ao calor e pelo facto de os reforços serem extremamente abrasivos. A operação de furação pode causar grandes danos na peça, como a delaminação a entrada, defeitos de circularidade do furo, danos de origem térmica e a delaminação à saída que se apresenta como o mais frequente e indesejável. Com base nesses pressupostos é que este trabalho foi desenvolvido de forma a tentar obter processos simples para determinação e previsão de danos em polímeros reforçados com fibras (de carbono neste caso) de forma a precavê-los. De forma a conseguir estes objetivos, foram realizados ensaios de início de delaminação segundo a proposta de Lachaud et al. e ensaios de pin-bearing segundo a proposta de Khashaba et al. Foram também examinadas extensões de danos de acordo com o modelo de Fator de delaminação ajustado apresentado por Davim et al. A partir dos ensaios, de pin-bearing, realizados foram analisadas influências do material e geometria da broca, do avanço utilizado na furação e de diferentes orientações de empilhamentos de placas na delaminação de laminados compósitos e ainda a influências dessas variáveis na força de rutura por pin-bearing. As principais conclusões tiradas daqui são que a delaminação aumenta com o aumento do avanço, o que já era esperado, as brocas em carboneto de tungsténio são as mais recomendas para a furação do material em causa e que a delaminação é superior para a placa cross-ply quando comparada com placas unidirecionais. Para a situação de ensaios de início de delaminação foram analisadas as influências da variação da espessura não cortada por baixo da broca/punção, de diferentes geometrias de brocas, da alteração de velocidade de ensaio e diferentes orientações de empilhamentos de placas na força de início de delaminação. Deste ensaio as principais conclusões são que a força de início de delaminação aumenta com o aumenta da espessura não cortada e a influência da velocidade de ensaio altera com a variação das orientações de empilhamento.

An NMR structural study of nickel-substituted rubredoxin

J Biol Inorg Chem (2010) 15:409–420 DOI 10.1007/s00775-009-0613-6

Characterization of sol-gel matrices with entrapped cutinase

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

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

Otimização da anisotropia fronto-calosa e ressonância magnética [1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular

RESUMO: Os mais recentes métodos de neuro imagem tal como a Ressonância Magnética (RM) permitiram obter imagens detalhadas do cérebro humano in vivo. Essas imagens revelam, muitas vezes, achados imprevistos face ao padrão normal, com elevada propensão para os indivíduos idosos e franca coexistência com fatores de risco vascular, como característica dum processo de envelhecimento normal. Embora na última década tenham surgido várias publicações sobre este assunto, ele continua ainda pouco explicado. Um pouco por todo o mundo têm emergido os programas de prevenção da doença e promoção da saúde desenvolvidos pela Saúde Pública suportadas sobretudo pelo avanço das tecnologias médicas que resultaram, entre outros impactos, num crescimento da população idosa. Estima-se, em 2030, uma composição demográfica com 20% de indivíduos acima dos 65 anos. Neste contexto, a doença microvascular cerebral é a causa mais frequente de comprometimento cognitivo vascular no idoso sendo as características senescentes na imagem por RM do tipo lesões isquémicas da Substância Branca (Leukoaraiosis) e enfartes lacunares (Status lacunar), atrofia cerebral, gliose e acumulação excessiva de ferro nos núcleos da base. Esta tese, considerando a linha de investigação de que deriva – Ciências da Vida - especialização em Medicina Clinica - Biotecnologia, reúne e reflete sobre três vertentes ligadas à RM e interdependentes em relação a uma problemática comum. A primeira trata da caracterização da Tecnologia por Ressonância Magnética existente em Portugal, a qual inclui uma avaliação exploratória da aplicação da técnica de Difusão Anisotrópica nos estudos cerebrais. As dimensões analíticas estudadas foram a Tecnológica, Sociodemográfica e Económica. Na recolha de dados recorreu-se a várias fontes de informação e a uma metodologia exploratória faseada, validada pela triangulação dos resultados. A sua análise obedeceu a critérios de estratificação e agrupamento segundo as mesmas dimensões analíticas. Otimização da anisotropia fronto-calosa e [RM 1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular A segunda descreve o estudo anátomo – radiológico que recaiu sobre parâmetros de quantificação assente na temática do cérebro do idoso em cadáver segundo uma metodologia experimental aplicada às métricas da difusão por RM. Na terceira, e última, é apresentado o estudo técnico - radiológico para avaliação e otimização da imagem ponderada em difusão em estudos clínicos associados ao cérebro do idoso “The Usual Brain Aging” ou Envelhecimento Cerebral Normal, com base metodológica assente nos critérios e indicadores estabelecidos pelo Estudo de Imagem de Roterdão (Rotterdam Scan Study - RSS). Como principais resultados obteve-se que não existem em Portugal estruturas para avaliação dos equipamentos pesados ou Agência de Avaliação das Tecnologias da Saúde para desenvolver o importante papel da produção de estudos comparativos entre os equipamentos disponíveis no mercado, a relação preço-qualidade e a sua afetação às necessidades clínico-epidemiológicas. Constatou-se que a implementação de equipamentos de RM está fortemente assente em critérios económicos carecendo de recomendações e diretivas para o uso racionalizado destas tecnologias. Quanto a dados quantitativos concluímos que a maioria dos equipamentos está instalada em instituições privadas (80,2%); a intensidade de campo magnético mais frequente é [1,5T] com 119 equipamentos; os equipamentos estão instalados maioritariamente nos distritos de Lisboa (55 unidades) e do Porto (39 unidades); o rácio médio de equipamentos por habitante em Portugal é de 1 para 65 195 habitantes; a amplitude de gradientes com maior expressão na amostra é 30-39mT/m; a maioria dos equipamentos foi instalada no intervalo temporal [2009-2012] com 59 equipamentos; apenas 6 instituições desenvolvem investigação clinica e a maioria das bobinas para estudos de crânio são do tipo Array. O estudo de otimização da técnica da difusão revelou, quanto à avaliação dos valoresb, que os mais baixos (b=500 s/mm2 e b=1000 s/mm2), apresentam maior IS e SNR sendo esta uma boa medida referente à qualidade de imagem, no entanto, os valores-b mais elevados (b=2000 s/mm2) apresentam maior CNR e CR, face aos anteriores, o Otimização da anisotropia fronto-calosa e [RM 1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular que apesar de proporcionar inferior detalhe anatómico e consequentemente inferior qualidade de imagem, num encéfalo normal, pode auxiliar na interpretação e apresentar vantagens na identificação de lesões microvasculares sempre que persistirem dúvidas em relação ao diagnóstico diferencial de doença microvascular do tipo status lacunar ou Hiperintensidades da Substância Branca. As alterações deste parâmetro são particularmente refletidas nas diferenças da avaliação da qualidade de imagem na região fronto-calos Concluímos da avaliação quantitativa da concentração média de ferro (26Fe) em todas as faixas etárias que os núcleos da base que apresentam maior concentração são, por ordem decrescente: Substância Nigra, Globus Pallidus, Putamen, Tálamo, Núcleo Rubro e Núcleo Caudado; que existe uma predominância na concentração de ferro (26Fe) no hemisfério esquerdo e que os indivíduos do género masculino apresentam mais ferro (26Fe) que os do género feminino nas faixas etárias [30-40[, [40-50[ e [50-60[. Como principal conclusão do estudo da concentração média de ferro em relação à idade destacamos que a concentração média de ferro (26Fe) é superior nos grupos etários superiores, logo aumenta com a idade, sobretudo na Substância Nigra e no Núcleo Lenticular. No estudo técnico-radiológico encontrámos evidências do aumento da difusibilidade da água na substância branca subcortical dos sujeitos idosos comparativamente aos mais jovens. Uma relação idêntica foi avaliada nos tálamos. O aumento relacionado com a idade parece ser predominantemente observado em doentes com mais de 65 anos de idade o que pode refletir alterações estruturais ligeiras associados ao envelhecimento normal. Os resultados indicam que a análise quantitativa das imagens ponderadas em difusão fornece informações, sobre a estrutura do cérebro, as quai s não estão disponíveis apenas por inspeção visual, tanto nas imagens ponderadas em difusão como em outras sequências de aplicação clínica de rotina. Para fazer face às desvantagens dos sistemas de quantificação das HSB os quais são dispendiosos, complexos, requererem tecnologia e formação específicas, recomendamos que a aplicação automatizada GUIAL, desenvolvida ao longo do nosso trabalho é de utilização elementar e prática para que seja introduzida nos sistemas de aquisição de imagem por RM com o fim de integrar o processamento de imagem nos indivíduos portadores de fatores de risco vascular. A avaliação do ADC, nesta amostra, permitiu concluir que a variação desta variável é explicada estatisticamente pela existência da condição clínica de status lacunar em ambos os hemisférios ou por outras palavras, o status lacunar influencia o valor de ADC. Embora uma pequena percentagem da variação do ADC seja explicada pelo género, o ADC nos homens foi superior ao das mulheres o que não nos surpreende, pois são também os homens onde a frequência de doença microvascular se revelou mais expressiva. Os valores do ADC, globalmente, entre os hemisférios cerebrais não mostraram alterações exceto na SB entre os idosos e não idosos. A SB da região frontal mostrou valores diminuídos na anisotropia e isotropia face às restantes áreas anatómicas. Os estudos indicam que na idade avançada existe uma maior predisposição para suscetibilidades de estrutura com status de desconexão. A classificação das HSB foi superior em indivíduos mais velhos e com status lacunar, e em menor quantidade (inferior rating de classificação) nos indivíduos idosos sem status lacunar. As alterações volumétricas foram mais frequentes no homem do que na mulher, presumivelmente devido à associação com a elevada classificação de status lacunar. Um aumento do índice de Evan correspondeu, neste estudo, ao aumento das HSB, à diminuição do volume cerebral total, à expansão ventrículo-sulcal frontal e ao aumento da medida do ângulo caloso. Estes resultados foram agravados pela classificação elevada de status lacunar nos indivíduos que apresentaram indícios de doença de pequenos vasos, com manifesto aumento dos espaços de Virchow-Robin,enfartes lacunares ou HSB. Esses resultados foram mais expressivos no género masculino do que no feminino revelando uma maior vulnerabilidade sobretudo na atrofia frontal nos homens. Por sua vez as dimensões do Corpo Caloso tornaram-se reduzidas devido à compressão dos ventrículos laterais e terceiro ventrículo. Estes indicadores tiveram expressão particularmente nos indivíduos com mais de 65 anos. ---------------------------------------------------------------------------------------------ABSTRACT: The latest neuroimaging methods, such as Magnetic Resonance Imaging (MRI), have enabled detailed images of in vivo human brain. These images reveal often unexpected findings related to the normal pattern, with high predisposition for the elderly people with forthright coexistence with vascular risk factors such as characteristics of a normal aging process. Although it has been, in the last decade, several publications on this subject, it is still little explained. All over the world have emerged disease prevention programs and health promotion developed by the Public Health sector, supported mainly by the advancement of medical technologies that have resulted, among other impacts, in a growing of the elderly population. It is estimated, in 2030, a demographic composition with 20% o people over 65 years. In this context, microvascular disease is the most common cause of cognitive vascular impairment in the elderly and senescent characteristics in the MRI trough ischemic lesions of the white matter (Leukoaraiosis) and lacunar infarcts (lacunar status), cerebral atrophy, gliosis and iron accumulation in the basal ganglia in excess.This thesis, considering the research line that stems - Life Sciences - specialization in Clinical Medicine, Biotechnology, gathers and reflects on three aspects linked to MR, interdependent and related to a common problem. The first deals with the Magnetic Resonance Technology characterization in Portugal, which includes an exploratory evaluation of the implementation of Anisotropic Diffusion technique in brain studies. The analytical dimensions studied were the Technologic, Socio-demographic and Economics. Collecting data was supported by different sources of information and was applied an exploratory methodology whose results were validated by triangulation. The research method was grouped and stratified criteria under the same analytical dimensions. The second describes the anatomical study - which was focused on radiological measurement parameters, based on the brain’s specimen under an experimental methodology applied to MRI diffusion metrics. Radiological evaluation and optimization of the weighted image diffusion in clinical studies were associated with the brain of the elderly "The Usual Brain Aging" with methodological basis based on established criteria and indicators by Rotterdam Scan Study (RSS). The main results obtained reveal the inexistence frameworks in Portugal for evaluation of equipments or Agency of Health Technology to produce studies comparing the equipment available on the market, the value for money and its allocation to clinical and epidemiological needs. It was found that the implementation of MRI equipment is strongly based on economic criteria lacking recommendations and guidelines for the rationalized use of these technologies. As the quantitative data we conclude that most of the scanners are located in private clinical institutions (80,2%); the most frequent magnetic field intensity is [1.5T] with 119 scanners; the scanners are mainly installed in Lisbon (55 units) and Porto (39 units) districts; the average ratio of equipment per capita in Portugal is 1 to 65 195 people; the gradient power with higher expression in the sample is 30-39mT / m;most of the scanners were installed in the years range [2009-2012 years] with 59 equipment; only 6 clinical placements develop clinical research and the most coils for brain studies are of Array type. The optimization study of diffusion technique revealed, as the assessment of the bvalues, the lower (b = 500 s / mm2 and b = 1000 s / mm 2), promotes an increase in the SI and SNR being this measure related to a higher image quality, however the highest b values (b = 2000 s / mm 2) have a higher CNR (Contrast to Noise-Ratio) and CR (Contrast Ratio), compared to the previous ones. This may provide less anatomical details and, thus, ower image quality, of a normal brain, however can help the interpretation and have advantages in identifying microvascular injuries when doubts persist regarding the differential diagnosis of microvascular disease of lacunar or WMH (White Matter Hyperintensities) status type. Changes on this parameter are Otimização da anisotropia fronto-calosa e [RM 1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular particularly reflected in the differences of image quality evaluation in the frontocallosum anatomical area. We conclude from the quantitative assessment of the average concentration of iron (26Fe), in all age groups to the basal ganglia, that the higher concentrations are, in descending order: Nigral Substantia, Globus pallidus, Putamen, Thalamus, Rubio nucleus and Caudate nucleus; that there is a predominance in the concentration of iron (26Fe) in the left hemisphere and that male gender show higher iron (26Fe) level tha females, in the age groups [30-40 [[40-50 [and [50- 60 [. Regarding a main conclusion of the mean concentration study of iron, in terms of age we point out that the average concentration of iron (26Fe) is higher among older groups and increases with age, especially in Nigral Substantia and Lenticular Nucleus. On the technical and radiological study we found evidence of an increased in water /diffusivity in the ubcortical white matter of the elderly compared with younger subjects. A similar relationship was assessed in the Thalamus. The increase agerelated seems to be predominantly observed in patients over 65 years which may reflect minor structural changes associated with normal aging. The results indicate that quantitative analysis of diffusion weighted imaging can provide information about the structure of the brain which is not reached only by visual inspection or standard sequences applied in clinical routine. To address the disadvantages the systems of quantification of WMH which the authors state that are costly, complex, require specific technology and training, we recommend that the automated application GUIAL, developed over our work is basic and practical to use and to be introduced in MR image systems acquisition in order to integrate image processing in patients with vascular risk factors. The evaluation of the ADC showed that its variation is statistically explained by the existence of the medical condition of lacunar status, in both hemispheres, or in other words, the lacunar status influences the ADC value. Although a small percentage of the ADC variation is explained by gender, the ADC in men was higher than women which Otimização da anisotropia fronto-calosa e [RM 1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular do not surprise us, since they are also men where the frequency of microvasculardisease has proved more significant. The values of ADC, overall, between the cerebral hemispheres showed no changes but were different in WM among the elderly and non-elderly subjects.The WM's forehead showed decreased values in anisotropy and isotropy face the other anatomical areas. The studies indicate that in old age there is a greater tendency to higher susceptibility to disconnection- status framework. The classification of WMH was higher in elderly people and lacunar status, and fewer (lower classification rating) in the elderly without lacunar status. volumetric changes were more frequent in men than in women, most probably because of its association with high lacunar status rating. An increase of Evan index corresponded, in this study, to an increase in WMH, to a decreased of total brain volume, to a ventricle sulcal frontal and callous angle expansion. These results were wound up by high ranking of lacunar status in subjects who had small vessel disease, clear increase in spaces of Virchow-Robin, lacunar infarctions or WMH. These results were more significant in males than in females revealing vulnerability particularly in the frontal atrophy in men. In turn the size of Corpus Callosum because reduced due to the compression of the lateral and third ventricles. These indicators had expression particularly in individuals over 65 years.

A high order model for piezoelectric rods: an asymptotic approach

Preprint submitted to International Journal of Solids and Structures. ISSN 0020-7683

Assessing the application of polypropylene multifilament yarns in brain phantoms

The currently available clinical imaging methods do not provide highly detailed information about location and severity of axonal injury or the expected recovery time of patients with traumatic brain injury [1]. High-Definition Fiber Tractography (HDFT) is a novel imaging modality that allows visualizing and quantifying, directly, the degree of axons damage, predicting functional deficits due to traumatic axonal injury and loss of cortical projections. This imaging modality is based on diffusion technology [2]. The inexistence of a phantom able to mimic properly the human brain hinders the possibility of testing, calibrating and validating these medical imaging techniques. Most research done in this area fails in key points, such as the size limit reproduced of the brain fibers and the quick and easy reproducibility of phantoms [3]. For that reason, it is necessary to develop similar structures matching the micron scale of axon tubes. Flexible textiles can play an important role since they allow producing controlled packing densities and crossing structures that match closely the human crossing patterns of the brain. To build a brain phantom, several parameters must be taken into account in what concerns to the materials selection, like hydrophobicity, density and fiber diameter, since these factors influence directly the values of fractional anisotropy. Fiber cross-section shape is other important parameter. Earlier studies showed that synthetic fibrous materials are a good choice for building a brain phantom [4]. The present work is integrated in a broader project that aims to develop a brain phantom made by fibrous materials to validate and calibrate HDFT. Due to the similarity between thousands of hollow multifilaments in a fibrous arrangement, like a yarn, and the axons, low twist polypropylene multifilament yarns were selected for this development. In this sense, extruded hollow filaments were analysed in scanning electron microscope to characterize their main dimensions and shape. In order to approximate the dimensional scale to human axons, five types of polypropylene yarns with different linear density (denier) were used, aiming to understand the effect of linear density on the filament inner and outer areas. Moreover, in order to achieve the required dimensions, the polypropylene filaments cross-section was diminished in a drawing stage of a filament extrusion line. Subsequently, tensile tests were performed to characterize the mechanical behaviour of hollow filaments and to evaluate the differences between stretched and non-stretched filaments. In general, an increase of the linear density causes the increase in the size of the filament cross section. With the increase of structure orientation of filaments, induced by stretching, breaking tenacity increases and elongation at break decreases. The production of hollow fibers, with the required characteristics, is one of the key steps to create a brain phantom that properly mimics the human brain that may be used for the validation and calibration of HDFT, an imaging approach that is expected to contribute significantly to the areas of brain related research.

Inferior frontal gyrus white matter abnormalities in obsessive-compulsive disorder

The aim of the present study is to explore obsessive-compulsive disorder (OCD)-related abnormalities in white matter connectivity in OCD for a core region associated with inhibitory control [i.e. inferior frontal gyrus (IFG)]. Fifteen patients with OCD (11 men) and 15 healthy controls (nine men) underwent diffusion tensor imaging scanning to study four diffusivity indexes of white matter integrity [fractional anisotropy, mean diffusivity (MD), axial diffusivity and radial diffusivity (RD)]. The results showed that persons with OCD manifested significantly lower fractional anisotropy levels in the bilateral IFG as well as its parcellations in the pars opercularis, pars triangularis, and pars orbitalis. Significantly higher levels of MD, RD were evident for the OCD group in the IFG as a whole as well as in the bilateral subregions of the pars triangularis and pars opercularis (for MD and RD), the right side of the pars orbitalis (for RD), and the left side of the pars triangularis and right side pars opercularis (for axial diffusivity). Overall, the results suggest significant alterations in structural connectivity, probably associated with myelination and axonal abnormalities in the IFG of OCD patients.

Implementation and validation of a strain rate dependent anisotropic continuum model for masonry

A newly developed strain rate dependent anisotropic continuum model is proposed for impact and blast applications in masonry. The present model adopted the usual approach of considering different yield criteria in tension and compression. The analysis of unreinforced block work masonry walls subjected to impact is carried out to validate the capability of the model. Comparison of the numerical predictions and test data revealed good agreement. Next, a parametric study is conducted to evaluate the influence of the tensile strengths along the three orthogonal directions and of the wall thickness on the global behavior of masonry walls.

Fendas de secagem em vigas de madeira: causas, efeitos na capacidade resistente e métodos de reparação

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil