Machine Learning Algorithms at Myocardial Perfusion Imaging - a Preliminary Study

Introduction: A major focus of data mining process - especially machine learning researches - is to automatically learn to recognize complex patterns and help to take the adequate decisions strictly based on the acquired data. Since imaging techniques like MPI – Myocardial Perfusion Imaging on Nuclear Cardiology, can implicate a huge part of the daily workflow and generate gigabytes of data, there could be advantages on Computerized Analysis of data over Human Analysis: shorter time, homogeneity and consistency, automatic recording of analysis results, relatively inexpensive, etc.Objectives: The aim of this study relates with the evaluation of the efficacy of this methodology on the evaluation of MPI Stress studies and the process of decision taking concerning the continuation – or not – of the evaluation of each patient. It has been pursued has an objective to automatically classify a patient test in one of three groups: “Positive”, “Negative” and “Indeterminate”. “Positive” would directly follow to the Rest test part of the exam, the “Negative” would be directly exempted from continuation and only the “Indeterminate” group would deserve the clinician analysis, so allowing economy of clinician’s effort, increasing workflow fluidity at the technologist’s level and probably sparing time to patients. Methods: WEKA v3.6.2 open source software was used to make a comparative analysis of three WEKA algorithms (“OneR”, “J48” and “Naïve Bayes”) - on a retrospective study using the comparison with correspondent clinical results as reference, signed by nuclear cardiologist experts - on “SPECT Heart Dataset”, available on University of California – Irvine, at the Machine Learning Repository. For evaluation purposes, criteria as “Precision”, “Incorrectly Classified Instances” and “Receiver Operating Characteristics (ROC) Areas” were considered. Results: The interpretation of the data suggests that the Naïve Bayes algorithm has the best performance among the three previously selected algorithms. Conclusions: It is believed - and apparently supported by the findings - that machine learning algorithms could significantly assist, at an intermediary level, on the analysis of scintigraphic data obtained on MPI, namely after Stress acquisition, so eventually increasing efficiency of the entire system and potentially easing both roles of Technologists and Nuclear Cardiologists. In the actual continuation of this study, it is planned to use more patient information and significantly increase the population under study, in order to allow improving system accuracy.

Sistema de visão para percepção e navegação de um UAV Quadrotor

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Probabilistic approach for comparing partitions

3rd SMTDA Conference Proceedings, 11-14 June 2014, Lisbon, Portugal.

Soluções de transporte ferroviário: simulação de marcha e de tráfego de veículos de tração diesel e elétrica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Presumed unconstrained dispersal of Aedes aegypti in the city of Rio de Janeiro, Brazil

OBJECTIVE: To evaluate dispersal of Aedes aegypti females in an area with no container manipulation and no geographic barriers to constrain mosquito flight. METHODS: A mark-release-recapture experiment was conducted in December 2006, in the dengue endemic urban district of Olaria in Rio de Janeiro, Southeastern Brazil, where there is no evident obstacle to the dispersal of Ae. aegypti females. Mosquito traps were installed in 192 houses (96 Adultraps and 96 MosquiTRAPs). RESULTS: A total of 725 dust-marked gravid females were released and recapture rate was 6.3%. Ae. aegypti females traveled a mean distance of 288.12 m and their maximum displacement was 690 m; 50% and 90% of females flew up to 350 m and 500.2 m, respectively. CONCLUSIONS: Dispersal of Ae. aegypti females in Olaria was higher than in areas with physical and geographical barriers. There was no evidence of a preferred direction during mosquito flight, which was considered random or uniform from the release point.

Transacção de componentes multimédia suportada por agentes

O objectivo do projecto descrito nesta dissertação é o desenvolvimento da interface entre as empresas e a plataforma Business-to-Business (B2B) de negociação automática de anúncios em construção. A plataforma, no seu todo, deve garantir que os intervalos da programação são preenchidos com um alinhamento de anúncios compatível com os interesses expressos e o perfil construído dos espectadores. A plataforma funciona como um mercado electrónico de negociação automática destinado a agências de publicidade (empresas produtoras) e empresas provedoras de conteúdos e serviços multimédia aos consumidores finais (empresas distribuidoras). As empresas, uma vez registadas na plataforma, passam a ser representadas por agentes que negoceiam automaticamente os itens submetidos com o comportamento especificado. Do ponto de vista da arquitectura, a plataforma consiste num sistema multiagente organizado em três camadas compostas por: (i) agentes de interface com as empresas; (ii) agentes de modelação das empresas; e (iii) agentes delegados, de duração efémera, exclusivamente criados para participar em negociações específicas de conteúdos multimédia. Cada empresa representada na plataforma possui, para além de um número indeterminado de delegados envolvidos em negociações específicas, dois agentes: (i) o agente de interface com a empresa, que expõe um conjunto de operações de interface ao exterior através de um serviço Web, localizado na primeira camada; e (ii) o agente que modela a empresa na plataforma, que expõe através de um serviço Web um conjunto de operações aos agentes das restantes camadas da plataforma, residente na camada intermédia. Este projecto focou-se no desenvolvimento da camada superior de interface da plataforma com as empresas e no enriquecimento da camada intermédia. A realização da camada superior incluiu a especificação da parte da ontologia da plataforma que dá suporte às operações de interface com o exterior, à sua exposição como serviços Web e à criação e controlo dos agentes de interface. Esta camada superior deve permitir às empresas carregar e descarregar toda informação relevante de e para a plataforma, através de uma interface gráfica ou de forma automática, e apresentar de forma gráfica e intuitiva os resultados alcançados, nomeadamente, através da apresentação da evolução das transacções. Em relação à camada intermédia, adicionou-se à ontologia da plataforma a representação do conhecimento de suporte às operações de interface com a camada superior, adoptaram-se taxonomias de classificação de espectadores, anúncios e programas, desenvolveu-se um algoritmo de emparelhamento entre os espectadores, programas e anúncios disponíveis e, por fim, procedeu-se ao armazenamento persistente dos resultados das negociações. Do ponto de vista da plataforma, testou-se o seu funcionamento numa única plataforma física e assegurou-se a segurança e privacidade da comunicação entre empresa e plataforma e entre agentes que representam uma mesma empresa.

Extracção de regras de associação com itens raros e frequentes

Ao longo dos últimos anos, as regras de associação têm assumido um papel relevante na extracção de informação e de conhecimento em base de dados e vêm com isso auxiliar o processo de tomada de decisão. A maioria dos trabalhos de investigação desenvolvidos sobre regras de associação têm por base o modelo de suporte e confiança. Este modelo permite obter regras de associação que envolvem particularmente conjuntos de itens frequentes. Contudo, nos últimos anos, tem-se explorado conjuntos de itens que surgem com menor frequência, designados de regras de associação raras ou infrequentes. Muitas das regras com base nestes itens têm particular interesse para o utilizador. Actualmente a investigação sobre regras de associação procuram incidir na geração do maior número possível de regras com interesse aglomerando itens raros e frequentes. Assim, este estudo foca, inicialmente, uma pesquisa sobre os principais algoritmos de data mining que abordam as regras de associação. A finalidade deste trabalho é examinar as técnicas e algoritmos de extracção de regras de associação já existentes, verificar as principais vantagens e desvantagens dos algoritmos na extracção de regras de associação e, por fim, desenvolver um algoritmo cujo objectivo é gerar regras de associação que envolvem itens raros e frequentes.

Detecção e seguimento de objectos em imagens termográficas: análise experimental de modelos de descrição

A instalação de sistemas de videovigilância, no interior ou exterior, em locais como aeroportos, centros comerciais, escritórios, edifícios estatais, bases militares ou casas privadas tem o intuito de auxiliar na tarefa de monitorização do local contra eventuais intrusos. Com estes sistemas é possível realizar a detecção e o seguimento das pessoas que se encontram no ambiente local, tornando a monitorização mais eficiente. Neste contexto, as imagens típicas (imagem natural e imagem infravermelha) são utilizadas para extrair informação dos objectos detectados e que irão ser seguidos. Contudo, as imagens convencionais são afectadas por condições ambientais adversas como o nível de luminosidade existente no local (luzes muito fortes ou escuridão total), a presença de chuva, de nevoeiro ou de fumo que dificultam a tarefa de monitorização das pessoas. Deste modo, tornou‐se necessário realizar estudos e apresentar soluções que aumentem a eficácia dos sistemas de videovigilância quando sujeitos a condições ambientais adversas, ou seja, em ambientes não controlados, sendo uma das soluções a utilização de imagens termográficas nos sistemas de videovigilância. Neste documento são apresentadas algumas das características das câmaras e imagens termográficas, assim como uma caracterização de cenários de vigilância. Em seguida, são apresentados resultados provenientes de um algoritmo que permite realizar a segmentação de pessoas utilizando imagens termográficas. O maior foco desta dissertação foi na análise dos modelos de descrição (Histograma de Cor, HOG, SIFT, SURF) para determinar o desempenho dos modelos em três casos: distinguir entre uma pessoa e um carro; distinguir entre duas pessoas distintas e determinar que é a mesma pessoa ao longo de uma sequência. De uma forma sucinta pretendeu‐se, com este estudo, contribuir para uma melhoria dos algoritmos de detecção e seguimento de objectos em sequências de vídeo de imagens termográficas. No final, através de uma análise dos resultados provenientes dos modelos de descrição, serão retiradas conclusões que servirão de indicação sobre qual o modelo que melhor permite discriminar entre objectos nas imagens termográficas.

Visualização com nuvens de tags

Com a evolução da Internet houve uma consequente transformação da forma como os resultados são apresentados e das técnicas de visualização e apresentação de conteúdos. A presente dissertação é sobre visualização com nuvens de tags e foi a conjugação de diversos factores que originou a investigação sobre este tema. Uma nuvem de tags (em inglês: tag clouds) é uma concepção visual de um conjunto de tags isoladas com uma representação ilustrativa da sua importância, ou seja visualmente hierarquizadas e em que cada tag se hiperliga a um ou mais sítios Web ou documentos. São extremamente úteis para a navegação ou para a descoberta de informação genérica, podendo requerer menor carga cognitiva do utilizador durante consultas e pesquisas se alguns aspectos forem considerados na sua construção. Nesta dissertação discutem-se alguns dos factores visuais que podem contribuir para que as nuvens de tags sejam ferramentas efectivas e intuitivas para os utilizadores. O conceito de folksonomia está relacionado com nuvens de tags, permitindo categorizar as definições atribuídas a conteúdos recorrendo a palavras-chave (tags). Neste documento são ainda exploradas as suas vantagens e desvantagens. Discutem-se ainda alguns modos de visualização e apresentação de nuvens de tags, desde o tipo de ordenação ao algoritmo de geração da nuvem de tags. Aborda-se ainda o impacto do tipo de fonte e a utilização de cores monocromáticas ou coloridas que estas possam ter na visualização da nuvem. A própria tag também é categorizada e explorada ao nível do seu posicionamento na nuvem e a percepção que causa no utilizador. Sobre a visualização de nuvens de tags, refere-se ainda que as conclusões obtidas foram utilizadas num repositório de objectos educativos.

Automatic email organization

Introdução Actualmente, as mensagens electrónicas são consideradas um importante meio de comunicação. As mensagens electrónicas – vulgarmente conhecidas como emails – são utilizadas fácil e frequentemente para enviar e receber o mais variado tipo de informação. O seu uso tem diversos fins gerando diariamente um grande número de mensagens e, consequentemente um enorme volume de informação. Este grande volume de informação requer uma constante manipulação das mensagens de forma a manter o conjunto organizado. Tipicamente esta manipulação consiste em organizar as mensagens numa taxonomia. A taxonomia adoptada reflecte os interesses e as preferências particulares do utilizador. Motivação A organização manual de emails é uma actividade morosa e que consome tempo. A optimização deste processo através da implementação de um método automático, tende a melhorar a satisfação do utilizador. Cada vez mais existe a necessidade de encontrar novas soluções para a manipulação de conteúdo digital poupando esforços e custos ao utilizador; esta necessidade, concretamente no âmbito da manipulação de emails, motivou a realização deste trabalho. Hipótese O objectivo principal deste projecto consiste em permitir a organização ad-hoc de emails com um esforço reduzido por parte do utilizador. A metodologia proposta visa organizar os emails num conjunto de categorias, disjuntas, que reflectem as preferências do utilizador. A principal finalidade deste processo é produzir uma organização onde as mensagens sejam classificadas em classes apropriadas requerendo o mínimo número esforço possível por parte do utilizador. Para alcançar os objectivos estipulados, este projecto recorre a técnicas de mineração de texto, em especial categorização automática de texto, e aprendizagem activa. Para reduzir a necessidade de inquirir o utilizador – para etiquetar exemplos de acordo com as categorias desejadas – foi utilizado o algoritmo d-confidence. Processo de organização automática de emails O processo de organizar automaticamente emails é desenvolvido em três fases distintas: indexação, classificação e avaliação. Na primeira fase, fase de indexação, os emails passam por um processo transformativo de limpeza que visa essencialmente gerar uma representação dos emails adequada ao processamento automático. A segunda fase é a fase de classificação. Esta fase recorre ao conjunto de dados resultantes da fase anterior para produzir um modelo de classificação, aplicando-o posteriormente a novos emails. Partindo de uma matriz onde são representados emails, termos e os seus respectivos pesos, e um conjunto de exemplos classificados manualmente, um classificador é gerado a partir de um processo de aprendizagem. O classificador obtido é então aplicado ao conjunto de emails e a classificação de todos os emails é alcançada. O processo de classificação é feito com base num classificador de máquinas de vectores de suporte recorrendo ao algoritmo de aprendizagem activa d-confidence. O algoritmo d-confidence tem como objectivo propor ao utilizador os exemplos mais significativos para etiquetagem. Ao identificar os emails com informação mais relevante para o processo de aprendizagem, diminui-se o número de iterações e consequentemente o esforço exigido por parte dos utilizadores. A terceira e última fase é a fase de avaliação. Nesta fase a performance do processo de classificação e a eficiência do algoritmo d-confidence são avaliadas. O método de avaliação adoptado é o método de validação cruzada denominado 10-fold cross validation. Conclusões O processo de organização automática de emails foi desenvolvido com sucesso, a performance do classificador gerado e do algoritmo d-confidence foi relativamente boa. Em média as categorias apresentam taxas de erro relativamente baixas, a não ser as classes mais genéricas. O esforço exigido pelo utilizador foi reduzido, já que com a utilização do algoritmo d-confidence obteve-se uma taxa de erro próxima do valor final, mesmo com um número de casos etiquetados abaixo daquele que é requerido por um método supervisionado. É importante salientar, que além do processo automático de organização de emails, este projecto foi uma excelente oportunidade para adquirir conhecimento consistente sobre mineração de texto e sobre os processos de classificação automática e recuperação de informação. O estudo de áreas tão interessantes despertou novos interesses que consistem em verdadeiros desafios futuros.

Dependent component analysis: a hyperspectral unmixing algorithm

Linear unmixing decomposes a hyperspectral image into a collection of reflectance spectra of the materials present in the scene, called endmember signatures, and the corresponding abundance fractions at each pixel in a spatial area of interest. This paper introduces a new unmixing method, called Dependent Component Analysis (DECA), which overcomes the limitations of unmixing methods based on Independent Component Analysis (ICA) and on geometrical properties of hyperspectral data. DECA models the abundance fractions as mixtures of Dirichlet densities, thus enforcing the constraints on abundance fractions imposed by the acquisition process, namely non-negativity and constant sum. The mixing matrix is inferred by a generalized expectation-maximization (GEM) type algorithm. The performance of the method is illustrated using simulated and real data.

Vertex component analysis: a fast algorithm to extract endmembers spectra from hyperspectral data

Chapter in Book Proceedings with Peer Review First Iberian Conference, IbPRIA 2003, Puerto de Andratx, Mallorca, Spain, JUne 4-6, 2003. Proceedings

Vertex component analysis: a fast algorithm to unmix hyperspectral data

Given a set of mixed spectral (multispectral or hyperspectral) vectors, linear spectral mixture analysis, or linear unmixing, aims at estimating the number of reference substances, also called endmembers, their spectral signatures, and their abundance fractions. This paper presents a new method for unsupervised endmember extraction from hyperspectral data, termed vertex component analysis (VCA). The algorithm exploits two facts: (1) the endmembers are the vertices of a simplex and (2) the affine transformation of a simplex is also a simplex. In a series of experiments using simulated and real data, the VCA algorithm competes with state-of-the-art methods, with a computational complexity between one and two orders of magnitude lower than the best available method.

Embedded System for ECG Biometrics

Comunication in Internationa Conference with Peer Review First International Congress on Cardiovasular Technologies - CARDIOTECHNIX, Vilamoura, Portugal, 2013

Comparison of the pencil beam convolution algorithm and the analytical anisotropic algorithm in breast tumors

The calculation of the dose is one of the key steps in radiotherapy planning1-5. This calculation should be as accurate as possible, and over the years it became feasible through the implementation of new algorithms to calculate the dose on the treatment planning systems applied in radiotherapy. When a breast tumour is irradiated, it is fundamental a precise dose distribution to ensure the planning target volume (PTV) coverage and prevent skin complications. Some investigations, using breast cases, showed that the pencil beam convolution algorithm (PBC) overestimates the dose in the PTV and in the proximal region of the ipsilateral lung. However, underestimates the dose in the distal region of the ipsilateral lung, when compared with analytical anisotropic algorithm (AAA). With this study we aim to compare the performance in breast tumors of the PBC and AAA algorithms.