Data mining framework for fatty liver disease classification in ultrasound: a hybrid feature extraction paradigm

PURPOSE: Fatty liver disease (FLD) is an increasing prevalent disease that can be reversed if detected early. Ultrasound is the safest and ubiquitous method for identifying FLD. Since expert sonographers are required to accurately interpret the liver ultrasound images, lack of the same will result in interobserver variability. For more objective interpretation, high accuracy, and quick second opinions, computer aided diagnostic (CAD) techniques may be exploited. The purpose of this work is to develop one such CAD technique for accurate classification of normal livers and abnormal livers affected by FLD. METHODS: In this paper, the authors present a CAD technique (called Symtosis) that uses a novel combination of significant features based on the texture, wavelet transform, and higher order spectra of the liver ultrasound images in various supervised learning-based classifiers in order to determine parameters that classify normal and FLD-affected abnormal livers. RESULTS: On evaluating the proposed technique on a database of 58 abnormal and 42 normal liver ultrasound images, the authors were able to achieve a high classification accuracy of 93.3% using the decision tree classifier. CONCLUSIONS: This high accuracy added to the completely automated classification procedure makes the authors' proposed technique highly suitable for clinical deployment and usage.

Determination of the radiochemical purity of 99mTc-Tetrofosmin: comparision between five methods

GOAL: The manufacturing and distribution of strips of instant thin - layer chromatography with silica gel (ITLC - SG) (reference method) is currently discontinued so there is a need for an alternative method f or the determination of radiochemical purity (RCP) of 99m Tc - tetrofosmin. This study aims to compare five alternative methods proposed by the producer to determine the RCP of 99m Tc - tetrofosmin. METHODS: Nineteen vials of tetrofosmin were radiolabelled with 99m Tc and the percentages of the RCP were determined. Five different methods were compared with the standard RCP testing method (ITLC - SG, 2x20 cm): Whatman 3MM (1x10 cm) with acetone and dichloro - methane (method 1); Whatman 3MM (1x1 0 cm) with ethyl acetate (method 2); aluminum oxide - coated plastic thin - layer chromatography (TLC) plate (1x10 cm) and ethanol (method 3); Whatman 3MM (2x20 cm) with acetone and dichloro - methane (method 4); solid - phase extraction method C18 cartridge (meth od 5). RESULTS: The average values of RCP were 95,30% ± 1,28% (method 1), 93,95 ± 0,61% (method 2), 96,85% ± 0,93% (method 3), 92,94% ± 0,99% (method 4) and 96,25% ± 2,57% (method 5) (n=12 each), and 93,15% ± 1,13% for the standard method (n=19). There we re statistical significant differences in the values obtained for methods 1 (P=0,001), 3 (P=0,000) and 5 (P=0,004), and there were no statistical significant differences in the values obtained for methods 2 (P=0,113) and 4 (P=0,327). CONCLUSION: From the results obtained, methods 2 and 4 showed a higher correlation with the standard method. Unlike method 4, method 2 is less time - consuming than the reference method and can overcome the problems associated with the solvent toxicity. The remaining methods (1, 3 and 5) tended to overestimate RCP value compared to the standard method.

Monitorização de pesticidas em águas de Esposende

De forma a proteger o ambiente e a saúde humana, é imperativo evitar, prevenir ou reduzir as concentrações prejudiciais de poluentes nocivos na água subterrânea. A necessidade da obtenção de níveis de protecção da água subterrânea, encontra-se estabelecida em normas de qualidade e devem ser desenvolvidas metodologias que permitam a avaliação do estado químico da água subterrânea. Este trabalho experimental centrou-se no desenvolvimento de uma metodologia analítica de detecção e quantificação por cromatografia gasosa com detector de captura de electrões dos pesticidas atrazina e respectivos metabolitos (desetilatrazina e deisopropilatrazina), simazina, terbutilazina e o metabolito desetiterbutilazina, folpete, dimetoato, diazinão, malatião, cloropirifos e o azinfos-metilo em águas de poços. O estudo progressivo baseou-se na colheita de água a 20 poços agrícolas na zona de Esposende, área considerada pelo Ministério da Agricultura do Desenvolvimento Rural e Pescas como sendo uma zona vulnerável. O método utilizado para a validação da técnica cromatográfica baseou-se na norma ISO 8466-1:1990. Os parâmetros de validação considerados foram: especificidade/selectividade, capacidade de identificação, limites de detecção e quantificação, relação sinal/ruído, linearidade e curva de calibração, precisão (repetibilidade, precisão intermédia e reprodutibilidade), eficiência de extracção e arrastamento. O método demonstrou ser capaz de identificar e quantificar os analitos, sem interferência de outros compostos. Obteve-se um valor para os parâmetros da precisão inferior a 10%, enquanto os mais baixos limites de detecção e de quantificação foram, respectivamente, 0,014 e 0,047 μg L-1. Na preparação de amostras optou-se pelo método de extracção em fase sólida, tendo sido testadas cinco diferentes tipos de colunas extractivas; Lichrolut® EN/RP-18; Strata SDB-L e C18-E; Chromabond HR-P e HR-X, sendo que as colunas Lichrolut® EN/RP- 18 apresentaram melhores resultados para a globalidade dos pesticidas. Da análise efectuada aos 20 poços agrícolas verificou-se que apenas 3 não apresentavam qualquer vestígio dos pesticidas monitorizados, sendo que as restantes apresentavam valores entre 0,05 e 53,2 μg L-1, valores superiores aos impostos pela legislação em vigor (Decreto-Lei n.º 208/2008 de 28 de Outubro para água subterrânea e Decreto-Lei nº306/2007 referente a água para consumo). Verificou-se que os proprietários dos poços agrícolas, dos quais se procedeu à amostragem de água para análise não têm a consciência da falta de qualidade dessa água, nem dos malefícios que possam advir do seu consumo.

Validação de um método de cromatografia líquida de alta resolução (HPLC) para doseamento da vitamina D em géneros alimentícios: aplicação do método em diferentes matrizes alimentares

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Avaliação de compostos halogenados em água e ar de piscinas

A procura de piscinas para a prática de atividades desportivas, recreativas e/ou terapêuticas tem sofrido um aumento gradual ao longo do tempo. No entanto, nas piscinas existem vários perigos associados à sua utilização. Relativamente aos perigos químicos, a utilização de desinfetantes à base de cloro, bromo ou compostos derivados vai, por um lado, inativar microrganismos patogénicos mas, por outro, dar origem a subprodutos ao reagir com compostos orgânicos presentes na água. Os trihalometanos são um exemplo de subprodutos que se podem formar e, entre os compostos principais, estão o clorofórmio (TCM), bromodiclorometano (BDCM), clorodibromometano (CDBM) e bromofórmio (TBM). Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia analítica para a determinação de trihalometanos em água e ar de piscinas e a sua aplicação a um conjunto de amostras. Para a análise dos compostos, foi utilizada a microextração em fase sólida no espaço de cabeça (HS-SPME) com posterior quantificação dos compostos por cromatografia gasosa com detetor de captura eletrónica (GC-ECD). Foi realizada uma otimização das condições de extração dos compostos em estudo em amostras de água, através da realização de dois planeamentos experimentais. As condições ótimas são assim obtidas para uma temperatura de extração de 45ºC, um tempo de extração de 25 min e um tempo de dessorção de 5 min. Foram analisadas amostras de águas de piscina cedidas pelo Centro de Estudos de Águas, sendo avaliada a aplicação da técnica HS-SPME e o efeito de matriz. O modo como se manuseiam as soluções que contêm os compostos em estudo influencia os resultados devido ao facto destes serem bastante voláteis. Concluiu-se também que existe efeito de matriz, logo a concentração das amostras deverá ser determinada através do método de adição de padrão. A caraterização da água de piscinas interiores permitiu conhecer a concentração de trihalometanos (THMs). Foram obtidas concentrações de TCM entre 4,5 e 406,5 μg/L sendo que apenas 4 das 27 amostras analisadas ultrapassam o valor limite imposto pelo Decreto-Lei nº306/2007 (100 μg/L) no que diz respeito a águas de consumo humano e que é normalmente utilizado como valor indicativo para a qualidade das águas de piscina. Relativamente à concentração obtida no ar de uma piscina interior, foi detetada uma concentração média de 224 μg/m3 de TCM, valor muito abaixo dos 10000 μg/m3 impostos pelo Decreto-lei nº24/2012, como valor limite para exposição profissional a agentes químicos.

Implementação e validação de um método para determinação de contaminantes em vinho por microextração em fase sólida e gc-ms/ms e sua correlação com a análise sensorial

Cada vez mais começa a notar-se, na indústria vitivinícola, uma grande preocupação com a qualidade dos seus produtos, motivada pela maior sensibilização e exigência dos consumidores. Deste modo, a presença de defeitos organoléticos no vinho representa uma fonte de perda financeira nesta indústria, pelo que o seu controlo se torna indispensável para que se obtenha um produto de elevada qualidade. Neste sentido, torna-se interessante desenvolver um método de análise que seja rápido de forma a permitir a quantificação simultânea das moléculas identificadas como principais responsáveis pelos distúrbios olfativos dos vinhos. Assim, este trabalho surge com o objetivo de implementar e validar um método para a determinação de contaminantes em vinho por microextração em fase sólida (SPME) e cromatografia gasosa acoplada à espetrometria de massa tandem (GC-MS/MS) e a sua correlação com a análise sensorial. A técnica de microextração em fase sólida é simples e rápida na medida em que não requer um pré-tratamento da amostra. Por sua vez, a análise por GC-MS permite identificar de forma clara os compostos em estudo, nomeadamente, 4-Etilfenol (4-EP), 4-Etilguaiacol (4-EG), 2,4,6-Tricloroanisol (TCA), 2,3,4,6-Tetracloroanisol (TeCA) e 2,4,6-Tribromoanisol (TBA). Foram realizados estudos de otimização das condições de extração, comparando as fibras 100 μm PDMS e 50/30 μm DVB/CAR/PDMS. Obtiveram-se resultados mais satisfatórios, em termos de resposta e da relação sinal/ruído, com a fibra 50/30 μm DVB/CAR/PDMS e estabeleceram-se como condições de extração 55ºC para a temperatura de incubação/extração, uma velocidade de agitação de 250 rpm e 60 minutos de tempo de extração. Ao longo deste trabalho, analisaram-se 50 amostras de vinho, das quais 48 eram amostras de Vinho Tinto do Douro e 2 de Vinho do Porto. Para validar a metodologia foram realizados estudos de linearidade, limiares analíticos, repetibilidade, precisão intermédia e recuperação. De um modo geral, obtiveram-se bons resultados ao nível da linearidade para as gamas de concentração escolhidas. Quanto aos limites de deteção e de quantificação, o 4-EP é o contaminante que apresenta uma gama de concentrações mais alta, notando-se limiares analíticos mais elevados, com valores próximos dos últimos níveis de concentração, oscilando entre 65 e 583 μg/L. No caso dos Anisóis, o TBA apresenta limites de deteção mais baixos, entre 0,4 e 17,0 ng/L. Os limiares analíticos foram validados com recurso a estudos de precisão intermédia e repetibilidade, cujos resultados se encontram dentro das especificações descritas no documento SANCO/10684/2009 (%RSD ≤ 30% para os Anisóis e %RSD ≤ 20% para os Fenóis Voláteis). Foram, ainda, realizados estudos de exatidão recorrendo a ensaios de recuperação e a ensaios interlaboratoriais. Muitas vezes conseguem-se boas recuperações, no entanto notam-se maiores dificuldades para o TBA e para o TeCA. Relativamente aos ensaios interlaboratoriais, verificam-se maiores discrepâncias para o 4-EP. Já os restantes contaminantes apresentam resultados, geralmente, satisfatórios (|z-score| ≤ 2).

Parallel implementation of vertex component analysis for hyperspectral endmember extraction

International Conference with Peer Review 2012 IEEE International Conference in Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 22-27 July 2012, Munich, Germany

Contribution of traffic and tobacco smoke in the distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons on outdoor and indoor PM2.5

Traffic emissions and tobacco smoke are considered two main sources of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in indoor and outdoor air. In this study, the impact of these sources on the level of fine particulate matter (PM2.5) and on the distribution of 15 PAHs regarded as priority pollutants by the US-EPA on PM2.5 were evaluated and compared. Outdoor and indoor PM2.5 samples were collected during winter 2008 in Oporto city in Portugal, for sampling periods of 12 and 24 hours, respectively. The outdoor PM2.5 were sampled at one site directly influenced by traffic emissions and the indoor PM2.5 samples were collected at one home directly influenced by tobacco smoke and another one without smoke. A methodology based on microwave-assisted extraction and liquid chromatography with fluorescence detection was applied for the efficient PAHs determination in indoor and outdoor PM2.5. PAHs in indoor PM2.5 concentrations were significantly influenced by the presence of traffic and tobacco smoking emissions. The mean of ΣPAHs in the outdoor traffic PM2.5 was not significantly different from the value attained in the indoor without smoking site. The tobacco smoke increased significantly PAHs concentrations on average about 1000 times more, when compared with the outdoor profile samples suggesting that tobacco smoking may be the most important source of indoor PAHs pollution.

Soil vapor extraction in sandy soils: influence of airflow rate

Airflow rate is one of the most important parameters for the soil vapor extraction of contaminated sites, due to its direct influence on the mass transfer occurring during the remediation process. This work reports the study of airflow rate influence on soil vapor extractions, performed in sandy soils contaminated with benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, trichloroethylene and perchloroethylene. The objectives were: (i) to analyze the influence of airflow rate on the process; (ii) to develop a methodology to predict the remediation time and the remediation efficiency; and (iii) to select the most efficient airflow rate. For dry sandy soils with negligible contents of clay and natural organic matter, containing the contaminants previously cited, it was concluded that: (i) if equilibrium between the pollutants and the different phases present in the soil matrix was reached and if slow diffusion effects did not occur, higher airflow rates exhibited the fastest remediations, (ii) it was possible to predict the remediation time and the efficiency of remediation with errors below 14%; and (iii) the most efficient remediation were reached with airflow rates below 1.2 cm3 s 1 standard temperature and pressure conditions.

Simultaneous distillation–extraction of high-value volatile compounds from Cistus ladanifer L.

The present paper describes a procedure to isolate volatiles from rock-rose (Cistus ladanifer L.) using simultaneous distillation–extraction (SDE). High-value volatile compounds (HVVC) were selected and the influence of the extraction conditions investigated. The effect of the solvent nature and extraction time on SDE efficiency was studied. The best performance was achieved with pentane in 1 h operation. The extraction efficiencies ranged from 65% to 85% and the repeatability varied between 4% and 6% (as a CV%). The C. ladanifer SDE extracts were analysed by headspace solid phase microextraction (HS-SPME) followed by gas chromatography with flame ionization detection (GC-FID). The HS-SPME sampling conditions such as fiber coating, temperature, ionic strength and exposure time were optimized. The best results were achieved with an 85 µm polyacrylate fiber for a 60 min headspace extraction at 40ºC with 20% (w/v) of NaCl. For optimized conditions the recovery was in average higher than 90% for all compounds and the intermediate precision ranged from 4 to 9% (as CV %). The volatiles α-pinene (22.2 mg g−1 of extract), 2,2,6-trimethylcyclohexanone (6.1 mg g−1 of extract), borneol (3.0 mg g−1 of extract) and bornyl acetate (3.9 mg g−1 of extract) were identified in the SDE extracts obtained from the fresh plant material.

Determination of free furfuryl alcohol in foundry resins by chromatographic techniques

Two chromatographic methods, gas chromatography with flow ionization detection (GC–FID) and liquid chromatography with ultraviolet detection (LC–UV), were used to determine furfuryl alcohol in several kinds of foundry resins, after application of an optimised extraction procedure. The GC method developed gave feasibility that did not depend on resin kind. Analysis by LC was suitable just for furanic resins. The presence of interference in the phenolic resins did not allow an appropriate quantification by LC. Both methods gave accurate and precise results. Recoveries were >94%; relative standard deviations were ≤7 and ≤0.3%, respectively for GC and LC methods. Good relative deviations between the two methods were found (≤3%).

Determination of chlorfenvinphos in soils by microwave-assisted extraction and stripping voltammetry with an ultramicroelectrode

A methodology for the determination of the pesticide chlorfenvinphos by microwave-assisted solvent extraction and square-wave cathodic stripping voltammetry at a mercury film ultramicroelectrode in soil samples is proposed. Optimization of microwave solvent extraction performed with two soils, selected for having significantly different properties, indicated that the optimum solvent for extracting chlorfenvinphos is hexane-acetone (1:1, v/v). The voltammetric procedure is based on controlled adsorptive accumulation of the insecticide at the potential of -0.60 V (vs. Ag/AgCl) in the presence of Britton-Robinson buffer (pH 6.2). The detection limit obtained for a 10 s collection time was 3.0 x 10-8 mol l-1. The validity of the developed methodology was assessed by recovery experiments at the 0.100 µg g-1 level. The average recoveries and standard deviations for the global procedure reached byMASE-square-wave voltammetry were 90.2±2.8% and 92.1±3.4% for type I (soil rich in organic matter) and type II (sandy soil) samples, respectively. These results are in accordance to the expected values which show that the method has a good accuracy.

Evaluation of formaldehyde in foundry waste sands using liquid chromatography

The industrial manufacturing of metallic objects results in a high level of foundry waste sands that may contain toxic compounds such as formaldehyde. The formaldehyde content of foundry waste sands was evaluated by liquid chromatography. Samples were collected during various steps of the industrial processes. Results showed that the phenolic alkaline process generated waste sands with higher formaldehyde content than the furanic process; the highest value was 7.6×10-3% (w/w). In this work, formaldehyde content decreased with time in all of the samples studied, revealing that most formaldehyde was released to the occupational environment.

Use and reuse of SPE disks for the determination of pyrethroids in water by GC-ECD

Seven pyrethroids (bifenthrin, fenpropathrin, k-cyhalothrin, permethrin, a-cypermethrin, fenvalerate, and deltamethrin) were extracted from water using C18 solid-phase extraction disks, followed by gas chromatography with an electron capture detector (GC-ECD) analysis. The limits of detection in water samples ranged from 0.5 ng L-1 (fenpropathrin) to 110 ng L- 1 (permethrin), applying the calibration graph. The effects of different numbers of (re)utilizations of the same disks (up to four times with several concentrations) on the recoveries of the pyrethroids were considered. The recoveries were all between 70 and 120% after four utilizations of the same disk. There was no difference between these recoveries at a confidence level of 95%.

Multi-criteria design optimization study of solvent extraction in mixer–settler units

Solvent extraction is considered as a multi-criteria optimization problem, since several chemical species with similar extraction kinetic properties are frequently present in the aqueous phase and the selective extraction is not practicable. This optimization, applied to mixer–settler units, considers the best parameters and operating conditions, as well as the best structure or process flow-sheet. Global process optimization is performed for a specific flow-sheet and a comparison of Pareto curves for different flow-sheets is made. The positive weight sum approach linked to the sequential quadratic programming method is used to obtain the Pareto set. In all investigated structures, recovery increases with hold-up, residence time and agitation speed, while the purity has an opposite behaviour. For the same treatment capacity, counter-current arrangements are shown to promote recovery without significant impairment in purity. Recycling the aqueous phase is shown to be irrelevant, but organic recycling with as many stages as economically feasible clearly improves the design criteria and reduces the most efficient organic flow-rate.