An investigation on the use of SNR distributions for the optimisation of coarse-fine spectrum sensing for cognitive radio

This thesis investigates the optimisation of Coarse-Fine (CF) spectrum sensing architectures under a distribution of SNRs for Dynamic Spectrum Access (DSA). Three different detector architectures are investigated: the Coarse-Sorting Fine Detector (CSFD), the Coarse-Deciding Fine Detector (CDFD) and the Hybrid Coarse-Fine Detector (HCFD). To date, the majority of the work on coarse-fine spectrum sensing for cognitive radio has focused on a single value for the SNR. This approach overlooks the key advantage that CF sensing has to offer, namely that high powered signals can be easily detected without extra signal processing. By considering a range of SNR values, the detector can be optimised more effectively and greater performance gains realised. This work considers the optimisation of CF spectrum sensing schemes where the security and performance are treated separately. Instead of optimising system performance at a single, constant, low SNR value, the system instead is optimised for the average operating conditions. The security is still provided such that at the low SNR values the safety specifications are met. By decoupling the security and performance, the system’s average performance increases whilst maintaining the protection of licensed users from harmful interference. The different architectures considered in this thesis are investigated in theory, simulation and physical implementation to provide a complete overview of the performance of each system. This thesis provides a method for estimating SNR distributions which is quick, accurate and relatively low cost. The CSFD is modelled and the characteristic equations are found for the CDFD scheme. The HCFD is introduced and optimisation schemes for all three architectures are proposed. Finally, using the Implementing Radio In Software (IRIS) test-bed to confirm simulation results, CF spectrum sensing is shown to be significantly quicker than naive methods, whilst still meeting the required interference probability rates and not requiring substantial receiver complexity increases.

Insertion of metal oxides into block copolymer nanopatterns as robust etch masks for nanolithography

Directed self-assembly (DSA) of block copolymers (BCPs) is a prime candidate to further extend dimensional scaling of silicon integrated circuit features for the nanoelectronic industry. Top-down optical techniques employed for photoresist patterning are predicted to reach an endpoint due to diffraction limits. Additionally, the prohibitive costs for “fabs” and high volume manufacturing tools are issues that have led the search for alternative complementary patterning processes. This thesis reports the fabrication of semiconductor features from nanoscale on-chip etch masks using “high χ” BCP materials. Fabrication of silicon and germanium nanofins via metal-oxide enhanced BCP on-chip etch masks that might be of importance for future Fin-field effect transistor (FinFETs) application are detailed.

Patterns of de novo allo B cells and antibody formation in chronic cardiac allograft rejection after alemtuzumab treatment.

Even though the etiology of chronic rejection (CR) is multifactorial, donor specific antibody (DSA) is considered to have a causal effect on CR development. Currently the antibody-mediated mechanisms during CR are poorly understood due to lack of proper animal models and tools. In a clinical setting, we previously demonstrated that induction therapy by lymphocyte depletion, using alemtuzumab (anti-human CD52), is associated with an increased incidence of serum alloantibody, C4d deposition and antibody-mediated rejection in human patients. In this study, the effects of T cell depletion in the development of antibody-mediated rejection were examined using human CD52 transgenic (CD52Tg) mice treated with alemtuzumab. Fully mismatched cardiac allografts were transplanted into alemtuzumab treated CD52Tg mice and showed no acute rejection while untreated recipients acutely rejected their grafts. However, approximately half of long-term recipients showed increased degree of vasculopathy, fibrosis and perivascular C3d depositions at posttransplant day 100. The development of CR correlated with DSA and C3d deposition in the graft. Using novel tracking tools to monitor donor-specific B cells, alloreactive B cells were shown to increase in accordance with DSA detection. The current animal model could provide a means of testing strategies to understand mechanisms and developing therapeutic approaches to prevent chronic rejection.

The role of B cells in solid organ transplantation.

The role of antibodies in chronic injury to organ transplants has been suggested for many years, but recently emphasized by new data. We have observed that when immunosuppressive potency decreases either by intentional weaning of maintenance agents or due to homeostatic repopulation after immune cell depletion, the threshold of B cell activation may be lowered. In human transplant recipients the result may be donor-specific antibody, C4d+ injury, and chronic rejection. This scenario has precise parallels in a rhesus monkey renal allograft model in which T cells are depleted with CD3 immunotoxin, or in a CD52-T cell transgenic mouse model using alemtuzumab to deplete T cells. Such animal models may be useful for the testing of therapeutic strategies to prevent DSA. We agree with others who suggest that weaning of immunosuppression may place transplant recipients at risk of chronic antibody-mediated rejection, and that strategies to prevent this scenario are needed if we are to improve long-term graft and patient outcomes in transplantation. We believe that animal models will play a crucial role in defining the pathophysiology of antibody-mediated rejection and in developing effective therapies to prevent graft injury. Two such animal models are described herein.

Costimulation blockade alters germinal center responses and prevents antibody-mediated rejection.

De novo donor-specific antibody (DSA) after organ transplantation promotes antibody-mediated rejection (AMR) and causes late graft loss. Previously, we demonstrated that depletion using anti-CD3 immunotoxin combined with tacrolimus and alefacept (AMR regimen) reliably induced early DSA production with AMR in a nonhuman primate kidney transplant model. Five animals were assigned as positive AMR controls, four received additional belatacept and four received additional anti-CD40 mAb (2C10R4). Notably, production of early de novo DSA was completely attenuated with additional belatacept or 2C10R4 treatment. In accordance with this, while positive controls experienced a decrease in peripheral IgM(+) B cells, bela- and 2C10R4-added groups maintained a predominant population of IgM(+) B cells, potentially indicating decreased isotype switching. Central memory T cells (CD4(+) CD28(+) CD95(+)) as well as PD-1(hi) CD4(+) T cells were decreased in both bela-added and 2C10R4-added groups. In analyzing germinal center (GC) reactions in situ, lymph nodes further revealed a reduction of B cell clonal expansion, GC-follicular helper T (Tfh) cells, and IL-21 production inside GCs with additional belatacept or 2C10R4 treatment. Here we provide evidence that belatacept and 2C10R4 selectively suppresses the humoral response via regulating Tfh cells and prevents AMR in this nonhuman primate model.

A LabVIEW Platform for Preclinical Imaging Using Digital Subtraction Angiography and Micro-CT.

CT and digital subtraction angiography (DSA) are ubiquitous in the clinic. Their preclinical equivalents are valuable imaging methods for studying disease models and treatment. We have developed a dual source/detector X-ray imaging system that we have used for both micro-CT and DSA studies in rodents. The control of such a complex imaging system requires substantial software development for which we use the graphical language LabVIEW (National Instruments, Austin, TX, USA). This paper focuses on a LabVIEW platform that we have developed to enable anatomical and functional imaging with micro-CT and DSA. Our LabVIEW applications integrate and control all the elements of our system including a dual source/detector X-ray system, a mechanical ventilator, a physiological monitor, and a power microinjector for the vascular delivery of X-ray contrast agents. Various applications allow cardiac- and respiratory-gated acquisitions for both DSA and micro-CT studies. Our results illustrate the application of DSA for cardiopulmonary studies and vascular imaging of the liver and coronary arteries. We also show how DSA can be used for functional imaging of the kidney. Finally, the power of 4D micro-CT imaging using both prospective and retrospective gating is shown for cardiac imaging.

Dual Sequence Simulated Annealing with Round-Robin Approach for University Course Timetabling

The university course timetabling problem involves assigning a given number of events into a limited number of timeslots and rooms under a given set of constraints; the objective is to satisfy the hard constraints (essential requirements) and minimize the violation of soft constraints (desirable requirements). In this study we employed a Dual-sequence Simulated Annealing (DSA) algorithm as an improvement algorithm. The Round Robin (RR) algorithm is used to control the selection of neighbourhood structures within DSA. The performance of our approach is tested over eleven benchmark datasets. Experimental results show that our approach is able to generate competitive results when compared with other state-of-the-art techniques.

Low cycle fatigue properties of CLAM steel at 823 K

China Low Activation Martensitic (CLAM) steel is considered to be the main candidate material for the first wall components of future fusion reactors in China. In this paper, the low cycle fatigue (LCF) behavior of CLAM steel is studied under fully reversed tension–compression loading at 823 K in air. Total strain amplitude was controlled from 0.14% to 1.8% with a constant strain rate of 2.4×10−3 s−1. The corresponding plastic strain amplitude ranged from 0.023% to 1.613%. The CLAM steel displayed continuous softening to failure at 823 K. The relationship between strain, stress and fatigue life was obtained using the parameters obtained from fatigue tests. The LCF properties of CLAM steel at 823 K followed Coffin–Manson relationship. Furthermore, irregular serration was observed on the stress–strain hysteresis loops of CLAM steel tested with the total strain amplitude of 0.45–1.8%, which was attributed to the dynamic strain aging (DSA) effect. During continuous cyclic deformation, the microstructure and precipitate distribution of CLAM steel changed gradually. Many tempered martensitic laths were decomposed into subgrains, and the size and number of M23C6 carbide and MX carbonitride precipitates decreased with the increase of total strain amplitude. The response cyclic stress promoted the recovery of martensitic lath, while the thermal activation mainly played an important role on the growth of precipitates in CLAM steel at 823 K. In order to have a better understanding of high-temperature LCF behavior, the potential mechanisms controlling stress–strain response, DSA phenomenon and microstructure changes have also been evaluated.

Practical Lattice-Based Digital Signature Schemes

Digital signatures are an important primitive for building secure systems and are used in most real-world security protocols. However, almost all popular signature schemes are either based on the factoring assumption (RSA) or the hardness of the discrete logarithm problem (DSA/ECDSA). In the case of classical cryptanalytic advances or progress on the development of quantum computers, the hardness of these closely related problems might be seriously weakened. A potential alternative approach is the construction of signature schemes based on the hardness of certain lattice problems that are assumed to be intractable by quantum computers. Due to significant research advancements in recent years, lattice-based schemes have now become practical and appear to be a very viable alternative to number-theoretic cryptography. In this article, we focus on recent developments and the current state of the art in lattice-based digital signatures and provide a comprehensive survey discussing signature schemes with respect to practicality. Additionally, we discuss future research areas that are essential for the continued development of lattice-based cryptography.

Determination of airborne nanoparticles in elderly care centres

According to numerous studies, airborne nanoparticles have a potential to produce serious adverse human health effects when deposited into the respiratory tract. The most important parts of the lung are the alveolar regions with their enormous surface areas and potential to transfer nanoparticles into the blood stream. These effects may be potentiated in case of the elderly, since this population is more susceptible to air pollutants in general and more to nanoparticles than larger particles. The main goal of this investigation was to determine the exposure of institutionalized elders to nanoparticles using Nanoparticle Surface Area Monitor (NSAM) equipment to calculate the deposited surface area (DSA) of nanoparticles into elderly lungs. In total, 193 institutionalized individuals over 65 yr of age were examined in four elderly care centers (ECC). The occupancy daily pattern was achieved by applying a questionnaire, and it was concluded that these subjects spent most of their time indoors, including the bedroom and living room, the indoor microenvironments with higher prevalence of elderly occupancy. The deposited surface area ranged from 10 to 46 mu m(2)/cm(3). The living rooms presented significantly higher levels compared with bedrooms. Comparing PM10 concentrations with nanoparticles deposited surface area in elderly lungs, it is conceivable that living rooms presented the highest concentration of PM10 and were similar to the highest average DSA. The temporal distribution of DSA was also assessed. While data showed a quantitative fluctuation in values in bedrooms, high peaks were detected in living rooms.

Odivelas: Rumo ao Desenvolvimento Sustentável Ambiental

Relatório de Estágio apresentado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Ciência Política e Relações Internacionais com especialização em Globalização e Ambiente

Comparison of a leukocyte esterase test with endometrial cytology for the diagnosis of subclinical endometritis and correlation with first service pregnancy rate in postpartum Holstein cows

L’objectif de la présente étude était d’évaluer un test d’estérase leucocytaire (LE) pour le diagnostic de l’endométrite subclinique chez les vaches Holstein en période postpartum. Les tests effectués à partir d’échantillons provenant soit de l’endomètre (UtLE) ou du col utérin (CxLE) ont été comparés à la cytologie endométriale (CE). Par ailleurs, deux méthodes d’évaluation des lames ont été comparées. Deux cent quatre vingt-cinq vaches Holstein de 5 troupeaux laitiers commerciaux ont été évaluées entre 21 et 47 jours en lait (JEL). Soixante sept vaches ont été diagnostiquées avec une endométrite clinique suite à un examen transrectal et vaginoscopique et ont été exclues de l’étude. Deux cent dix-huit vaches ont eu des prélèvements pour la CE et le test LE. La fonction ovarienne a été déterminée à la palpation transrectale. La banque de données utilisée pour chacune des vaches a été effectuée à partir du logiciel DSA (Dossier de Santé Animale) laitier. Le pourcentage de neutrophiles était significativement corrélé avec les scores de LE utérin et cervical. L’activité de CxLE et UtLE diminuait significativement avec les JEL, mais n’était pas associée au risque de gestation à 90 JEL (n= 186). Le pourcentage de neutrophiles mesuré à la CE entre 32 et 47 JEL était associé significativement au risque de gestation à 90 JEL (n=94, P=0.04). Pour la même période, selon une analyse de survie, les vaches avec >2,6% de neutrophiles à la CE étaient définies comme étant atteintes d’une endométrite subclinique avec une prévalence de 56%. Les résultats indiquent que le test d’estérase utérin ou cervical a une bonne concordance avec le pourcentage de neutrophiles à la CE. Une endométrite subclinique diagnostiquée par cytologie endometriale entre 32 et 47 JEL est associée à une réduction du risque de gestation au premier service.

Suivi des vaisseaux sanguins en temps réel à partir d’images ultrasonores mode-B et reconstruction 3D : application à la caractérisation des sténoses artérielles

La maladie des artères périphériques (MAP) se manifeste par une réduction (sténose) de la lumière de l’artère des membres inférieurs. Elle est causée par l’athérosclérose, une accumulation de cellules spumeuses, de graisse, de calcium et de débris cellulaires dans la paroi artérielle, généralement dans les bifurcations et les ramifications. Par ailleurs, la MAP peut être causée par d`autres facteurs associés comme l’inflammation, une malformation anatomique et dans de rares cas, au niveau des artères iliaques et fémorales, par la dysplasie fibromusculaire. L’imagerie ultrasonore est le premier moyen de diagnostic de la MAP. La littérature clinique rapporte qu’au niveau de l’artère fémorale, l’écho-Doppler montre une sensibilité de 80 à 98 % et une spécificité de 89 à 99 % à détecter une sténose supérieure à 50 %. Cependant, l’écho-Doppler ne permet pas une cartographie de l’ensemble des artères des membres inférieurs. D’autre part, la reconstruction 3D à partir des images échographiques 2D des artères atteintes de la MAP est fortement opérateur dépendant à cause de la grande variabilité des mesures pendant l’examen par les cliniciens. Pour planifier une intervention chirurgicale, les cliniciens utilisent la tomodensitométrie (CTA), l’angiographie par résonance magnétique (MRA) et l’angiographie par soustraction numérique (DSA). Il est vrai que ces modalités sont très performantes. La CTA montre une grande précision dans la détection et l’évaluation des sténoses supérieures à 50 % avec une sensibilité de 92 à 97 % et une spécificité entre 93 et 97 %. Par contre, elle est ionisante (rayon x) et invasive à cause du produit de contraste, qui peut causer des néphropathies. La MRA avec injection de contraste (CE MRA) est maintenant la plus utilisée. Elle offre une sensibilité de 92 à 99.5 % et une spécificité entre 64 et 99 %. Cependant, elle sous-estime les sténoses et peut aussi causer une néphropathie dans de rares cas. De plus les patients avec stents, implants métalliques ou bien claustrophobes sont exclus de ce type d`examen. La DSA est très performante mais s`avère invasive et ionisante. Aujourd’hui, l’imagerie ultrasonore (3D US) s’est généralisée surtout en obstétrique et échocardiographie. En angiographie il est possible de calculer le volume de la plaque grâce à l’imagerie ultrasonore 3D, ce qui permet un suivi de l’évolution de la plaque athéromateuse au niveau des vaisseaux. L’imagerie intravasculaire ultrasonore (IVUS) est une technique qui mesure ce volume. Cependant, elle est invasive, dispendieuse et risquée. Des études in vivo ont montré qu’avec l’imagerie 3D-US on est capable de quantifier la plaque au niveau de la carotide et de caractériser la géométrie 3D de l'anastomose dans les artères périphériques. Par contre, ces systèmes ne fonctionnent que sur de courtes distances. Par conséquent, ils ne sont pas adaptés pour l’examen de l’artère fémorale, à cause de sa longueur et de sa forme tortueuse. L’intérêt pour la robotique médicale date des années 70. Depuis, plusieurs robots médicaux ont été proposés pour la chirurgie, la thérapie et le diagnostic. Dans le cas du diagnostic artériel, seuls deux prototypes sont proposés, mais non commercialisés. Hippocrate est le premier robot de type maitre/esclave conçu pour des examens des petits segments d’artères (carotide). Il est composé d’un bras à 6 degrés de liberté (ddl) suspendu au-dessus du patient sur un socle rigide. À partir de ce prototype, un contrôleur automatisant les déplacements du robot par rétroaction des images échographiques a été conçu et testé sur des fantômes. Le deuxième est le robot de la Colombie Britannique conçu pour les examens à distance de la carotide. Le mouvement de la sonde est asservi par rétroaction des images US. Les travaux publiés avec les deux robots se limitent à la carotide. Afin d’examiner un long segment d’artère, un système robotique US a été conçu dans notre laboratoire. Le système possède deux modes de fonctionnement, le mode teach/replay (voir annexe 3) et le mode commande libre par l’utilisateur. Dans ce dernier mode, l’utilisateur peut implémenter des programmes personnalisés comme ceux utilisés dans ce projet afin de contrôler les mouvements du robot. Le but de ce projet est de démontrer les performances de ce système robotique dans des conditions proches au contexte clinique avec le mode commande libre par l’utilisateur. Deux objectifs étaient visés: (1) évaluer in vitro le suivi automatique et la reconstruction 3D en temps réel d’une artère en utilisant trois fantômes ayant des géométries réalistes. (2) évaluer in vivo la capacité de ce système d'imagerie robotique pour la cartographie 3D en temps réel d'une artère fémorale normale. Pour le premier objectif, la reconstruction 3D US a été comparée avec les fichiers CAD (computer-aided-design) des fantômes. De plus, pour le troisième fantôme, la reconstruction 3D US a été comparée avec sa reconstruction CTA, considéré comme examen de référence pour évaluer la MAP. Cinq chapitres composent ce mémoire. Dans le premier chapitre, la MAP sera expliquée, puis dans les deuxième et troisième chapitres, l’imagerie 3D ultrasonore et la robotique médicale seront développées. Le quatrième chapitre sera consacré à la présentation d’un article intitulé " A robotic ultrasound scanner for automatic vessel tracking and three-dimensional reconstruction of B-mode images" qui résume les résultats obtenus dans ce projet de maîtrise. Une discussion générale conclura ce mémoire. L’article intitulé " A 3D ultrasound imaging robotic system to detect and quantify lower limb arterial stenoses: in vivo feasibility " de Marie-Ange Janvier et al dans l’annexe 3, permettra également au lecteur de mieux comprendre notre système robotisé. Ma contribution dans cet article était l’acquisition des images mode B, la reconstruction 3D et l’analyse des résultats pour le patient sain.

Prédiction de la violation d’un seuil de 400 000 cellules/mL au réservoir de lait à l’aide du portrait et de la dynamique de santé du pis des troupeaux laitiers québécois

Avec la mise en place de la nouvelle limite maximale de 400 000 cellules somatiques par millilitres de lait (c/mL) au réservoir, le mois d’août 2012 a marqué une étape importante en termes de qualité du lait pour les producteurs de bovins laitiers du Canada. L’objectif de cette étude consistait en l’établissement d’un modèle de prédiction de la violation de cette limite au réservoir à l’aide des données individuelles et mensuelles de comptages en cellules somatiques (CCS) obtenues au contrôle laitier des mois précédents. Une banque de donnée DSA comprenant 924 troupeaux de laitiers québécois, en 2008, a été utilisée pour construire un modèle de régression logistique, adapté pour les mesures répétées, de la probabilité d’excéder 400 000 c/mL au réservoir. Le modèle final comprend 6 variables : le pointage linéaire moyen au test précédent, la proportion de CCS > 500 000 c/mL au test précédent, la production annuelle moyenne de lait par vache par jour, le nombre de jours en lait moyen (JEL) au test précédent ainsi que les proportions de vaches saines et de vaches infectées de manière chronique au test précédant. Le modèle montre une excellente discrimination entre les troupeaux qui excèdent ou n’excèdent pas la limite lors d’un test et pourrait être aisément utilisé comme outil supplémentaire de gestion de la santé mammaire à la ferme.