Semi-automatic parallelisation of unstructured mesh codes

The availability of CFD software that can easily be used and produce high efficiency on a wide range of parallel computers is extremely limited. The investment and expertise required to parallelise a code can be enormous. In addition, the cost of supercomputers forces high utilisation to justify their purchase, requiring a wide range of software. To break this impasse, tools are urgently required to assist in the parallelisation process that dramatically reduce the parallelisation time but do not degrade the performance of the resulting parallel software. In this paper we discuss enhancements to the Computer Aided Parallelisation Tools (CAPTools) to assist in the parallelisation of complex unstructured mesh-based computational mechanics codes.

Scalable unstructured mesh decomposition

As the efficiency of parallel software increases it is becoming common to measure near linear speedup for many applications. For a problem size N on P processors then with software running at O(N=P ) the performance restrictions due to file i/o systems and mesh decomposition running at O(N) become increasingly apparent especially for large P . For distributed memory parallel systems an additional limit to scalability results from the finite memory size available for i/o scatter/gather operations. Simple strategies developed to address the scalability of scatter/gather operations for unstructured mesh based applications have been extended to provide scalable mesh decomposition through the development of a parallel graph partitioning code, JOSTLE [8]. The focus of this work is directed towards the development of generic strategies that can be incorporated into the Computer Aided Parallelisation Tools (CAPTools) project.

Computerized Medical Diagnosis of Melanocytic Lesions based on the ABCD approach

Melanoma is a type of skin cancer and is caused by the uncontrolled growth of atypical melanocytes. In recent decades, computer aided diagnosis is used to support medical professionals; however, there is still no globally accepted tool. In this context, similar to state-of-the-art we propose a system that receives a dermatoscopy image and provides a diagnostic if the lesion is benign or malignant. This tool is composed with next modules: Preprocessing, Segmentation, Feature Extraction, and Classification. Preprocessing involves the removal of hairs. Segmentation is to isolate the lesion. Feature extraction is considering the ABCD dermoscopy rule. The classification is performed by the Support Vector Machine. Experimental evidence indicates that the proposal has 90.63 % accuracy, 95 % sensitivity, and 83.33 % specificity on a data-set of 104 dermatoscopy images. These results are favorable considering the performance of diagnosis by traditional progress in the area of dermatology

Monitoramento por microcontrolador do cultivo de spirulina em fotobiorreator raceway

A oportunidade de produção de biomassa microalgal tem despertado interesse pelos diversos destinos que a mesma pode ter, seja na produção de bioenergia, como fonte de alimento ou servindo como produto da biofixação de dióxido de carbono. Em geral, a produção em larga escala de cianobactérias e microalgas é feita com acompanhamento através de análises físicoquímicas offline. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi monitorar a concentração celular em fotobiorreator raceway para produção de biomassa microalgal usando técnicas de aquisição digital de dados e controle de processos, pela aquisição de dados inline de iluminância, concentração de biomassa, temperatura e pH. Para tal fim foi necessário construir sensor baseado em software capaz de determinar a concentração de biomassa microalgal a partir de medidas ópticas de intensidade de radiação monocromática espalhada e desenvolver modelo matemático para a produção da biomassa microalgal no microcontrolador, utilizando algoritmo de computação natural no ajuste do modelo. Foi projetado, construído e testado durante cultivos de Spirulina sp. LEB 18, em escala piloto outdoor, um sistema autônomo de registro de informações advindas do cultivo. Foi testado um sensor de concentração de biomassa baseado na medição da radiação passante. Em uma segunda etapa foi concebido, construído e testado um sensor óptico de concentração de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 baseado na medição da intensidade da radiação que sofre espalhamento pela suspensão da cianobactéria, em experimento no laboratório, sob condições controladas de luminosidade, temperatura e fluxo de suspensão de biomassa. A partir das medidas de espalhamento da radiação luminosa, foi construído um sistema de inferência neurofuzzy, que serve como um sensor por software da concentração de biomassa em cultivo. Por fim, a partir das concentrações de biomassa de cultivo, ao longo do tempo, foi prospectado o uso da plataforma Arduino na modelagem empírica da cinética de crescimento, usando a Equação de Verhulst. As medidas realizadas no sensor óptico baseado na medida da intensidade da radiação monocromática passante através da suspensão, usado em condições outdoor, apresentaram baixa correlação entre a concentração de biomassa e a radiação, mesmo para concentrações abaixo de 0,6 g/L. Quando da investigação do espalhamento óptico pela suspensão do cultivo, para os ângulos de 45º e 90º a radiação monocromática em 530 nm apresentou um comportamento linear crescente com a concentração, apresentando coeficiente de determinação, nos dois casos, 0,95. Foi possível construir um sensor de concentração de biomassa baseado em software, usando as informações combinadas de intensidade de radiação espalhada nos ângulos de 45º e 135º com coeficiente de determinação de 0,99. É factível realizar simultaneamente a determinação inline de variáveis do processo de cultivo de Spirulina e a modelagem cinética empírica do crescimento do micro-organismo através da equação de Verhulst, em microcontrolador Arduino.

Beiträge zum Mathematikunterricht 2015. Vorträge auf der 49. Tagung für Didaktik der Mathematik vom 09.02.2015 bis 13.02.2015 in Basel [Band 1]

Die Jahrestagung der Gesellschaft für Didaktik der Mathematik fand im Jahr 2015 zum dritten Mal in der Schweiz statt. [...] Mit rund 300 Vorträgen, 16 moderierten Sektionen, 15 Arbeitskreistreffen und 21 Posterpräsentationen eröffnete sich ein breites Spektrum an Themen und unterschiedlichen Zugangsweisen zur Erforschung von Fragen rund um das Lernen und Lehren von Mathematik. (DIPF/Orig.)

EIR – sistema inteligente para detecção e classificação de calcificações em mamografias

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2016.

Software de apoyo a la decisión para el establecimiento de pautas correctoras de vacunación

En la actualidad, cualquier ámbito profesional cuenta con herramientas software especializadas que mejoran la productividad en la realización de tareas repetitivas o facilitan la ejecución de tareas críticas con un alto grado de especialización. Entre estos sistemas software especializados se encuentran las herramientas informáticas que sirven de apoyo a la toma de decisiones, a veces basadas en sistemas expertos, que pueden alcanzar un grado de eficiencia y exactitud incomparables con procesos de elaboración artesanal. En este proyecto se detalla la creación de un sistema de ayuda a la toma de decisión clínica para la elaboración de pautas vacunales aceleradas en personas que no se encuentran correctamente vacunadas según su calendario de vacunación. Esta herramienta se sirve de una serie de algoritmos, extraídos de conocimiento experto y encargados de calcular un calendario de vacunación acelerado a medida del paciente, según su edad, género y dosis previamente administradas. Estos algoritmos son totalmente configurables y pueden ser adaptados a cualquier tipo de calendario vacunal y vacunas que formen parte de él. La herramienta software desarrollada en este trabajo pretende dar servicios a dos tipos de usuario. Los usuarios con perfil enfermero podrán acceder a la herramienta para la elaboración de pautas de vacunación acelerada. Los usuarios con perfil administrador podrán definir para cada una de las vacunas dadas de alta en el sistema los algoritmos de pautas de vacunación aceleradas según la edad del paciente y las dosis previamente recibidas dentro de cada rango temporal. El objetivo principal del proyecto consiste en contribuir, mediante un software de ayuda a la toma de decisión, a reducir el índice de error humano en el diseño de pautas de corrección vacunales, suministrando para ello unas pautas exactas y adecuadas a las circunstancias del paciente y su historia vacunal previa.

A tradução de textos económico-financeiros de português para inglês: potencialidades da Plataforma ISTRION

Este Trabalho de Projeto tem como objetivo primordial analisar a tradução, de português para inglês, de textos económico-financeiros, utilizando a plataforma de Tradução Automática (TA) ISTRION. A tradução de conteúdos selecionados da Newsletter Económico-Financeira Maximus Report é efetuada com base na referida plataforma, complementada com outras ferramentas de apoio ao processamento linguístico que sejam consideradas relevantes. Visa-se igualmente com este Trabalho de Projeto analisar as potencialidades desta plataforma, bem como medir os resultados da tradução. Por último pretende-se enquadrar, testar, estudar e medir quais os critérios em que se poderá tornar mais eficiente a tradução destes textos.

Herramientas automáticas de diagnóstico y corrección para aerofotogrametría

En Aerofotogrametría, el proceso de restitución (paso de imagen a formato electrónico vectorizado) es realizado por un operador humano, con asistencia de hardware y Software especializado -- Dicho proceso implica la traducción de accidentes geográficos, detalles topográficos, etc., la cual conlleva errores tanto geométricos (precisión) como topológicos (conectividad) de los datos digitales vectorizados -- Adicionalmente, aun si la vectorizacion es perfecta, los editores en etapas subsecuentes deben realizar tareas repetitivas: formateo, marcado, ajuste de convenciones, etc., que por el tamaño de los archivos de datos se hacen prolongadas y propensas al error -- Tanto los procesos de corrección como de formateo y marcado requieren además la ejecución de entradas / salidas con el usuario en el computador, proceso que es particularmente lento -- Esta investigación presenta el desarrollo de herramientas automáticas de (i) detección y corrección de errores comunes en los planos restituidos, (ii) partición y re-agrupación inteligentes de planos grandes, y (iii) formateo y marcado automático -- El desarrollo de software se hace usando el standard AIS (Application Interface Specification), lo que lo hace portable a los modeladores cuya interface AIS haya sido implementada -- El proyecto se desarrolla para la firma AeroEstudios LTDA de Colombia, la cual lo ha incorporado a sus herramientas de procesamiento de información digital

Variations développementales chez les poissons hybrides clonaux Chrosomus eos-neogaeus : transgressions phénotypiques en 3D

Le succès écologique des organismes dépend principalement de leur phénotype. Une composante important du phénotype est la morphologie fonctionnelle car elle influence la performance d’un organisme donné dans un milieu donné et donc reflète son écologie. Des disparités dans la morphologie fonctionnelle ou dans le développement entre espèces peuvent donc mener à des différences écologiques. Ce projet évalue le rôle des mécanismes de variation morphologique dans la production de différences écologiques entre espèces au sein des poissons hybrides du complexe Chrosomus eos-neogaeus. En utilisant la microtomodensitométrie à rayons X et la morphométrie géométrique 3D, la forme des éléments des mâchoires est décrite pour comparer la variation morphologique et les différences développementales entre les membres du complexe C. eos neogaeus. Les hybrides présentent autant de variation phénotypique que les espèces parentales et présentent des phénotypes nouveaux, dit transgressifs. Les hybrides présentent aussi des différences marquées avec les espèces parentales dans leur allométrie et dans leur intégration phénotypique. Finalement, ceux-ci semblent être plastiques et en mesure de modifier leur phénotype pour occuper plusieurs environnements. L’entièreté de ces résultats suggère que des changements dans le développement des hybrides entraînent une différenciation phénotypique et écologique avec les espèces parentales.

Variations développementales chez les poissons hybrides clonaux Chrosomus eos-neogaeus : transgressions phénotypiques en 3D

Le succès écologique des organismes dépend principalement de leur phénotype. Une composante important du phénotype est la morphologie fonctionnelle car elle influence la performance d’un organisme donné dans un milieu donné et donc reflète son écologie. Des disparités dans la morphologie fonctionnelle ou dans le développement entre espèces peuvent donc mener à des différences écologiques. Ce projet évalue le rôle des mécanismes de variation morphologique dans la production de différences écologiques entre espèces au sein des poissons hybrides du complexe Chrosomus eos-neogaeus. En utilisant la microtomodensitométrie à rayons X et la morphométrie géométrique 3D, la forme des éléments des mâchoires est décrite pour comparer la variation morphologique et les différences développementales entre les membres du complexe C. eos neogaeus. Les hybrides présentent autant de variation phénotypique que les espèces parentales et présentent des phénotypes nouveaux, dit transgressifs. Les hybrides présentent aussi des différences marquées avec les espèces parentales dans leur allométrie et dans leur intégration phénotypique. Finalement, ceux-ci semblent être plastiques et en mesure de modifier leur phénotype pour occuper plusieurs environnements. L’entièreté de ces résultats suggère que des changements dans le développement des hybrides entraînent une différenciation phénotypique et écologique avec les espèces parentales.

Design and Synthesis of Novel Kinase Inhibitors for the Treatment of Chronic Respiratory Diseases

In 2017, Chronic Respiratory Diseases accounted for almost four million deaths worldwide. Unfortunately, current treatments are not definitive for such diseases. This unmet medical need forces the scientific community to increase efforts in the identification of new therapeutic solutions. PI3K delta plays a key role in mechanisms that promote airway chronic inflammation underlying Asthma and COPD. The first part of this project was dedicated to the identification of novel PI3K delta inhibitors. A first SAR expansion of a Hit, previously identified by a HTS campaign, was carried out. A library of 43 analogues was synthesised taking advantage of an efficient synthetic approach. This allowed the identification of an improved Hit of nanomolar enzymatic potency and moderate selectivity for PI3K delta over other PI3K isoforms. However, this compound exhibited low potency in cell-based assays. Low cellular potency was related to sub optimal phys-chem and ADME properties. The analysis of the X-ray crystal structure of this compound in human PI3K delta guided a second tailored SAR expansion that led to improved cellular potency and solubility. The second part of the thesis was focused on the rational design and synthesis of new macrocyclic Rho-associated protein kinases (ROCKs) inhibitors. Inhibition of these kinases has been associated with vasodilating effects. Therefore, ROCKs could represent attractive targets for the treatment of pulmonary arterial hypertension (PAH). Known ROCK inhibitors suffer from low selectivity across the kinome. The design of macrocyclic inhibitors was considered a promising strategy to obtain improved selectivity. Known inhibitors from literature were evaluated for opportunities of macrocyclization using a knowledge-based approach supported by Computer Aided Drug Design (CADD). The identification of a macrocyclic ROCK inhibitor with enzymatic activity in the low micro molar range against ROCK II represented a promising result that validated this innovative approach in the design of new ROCKs inhibitors.

Applications of network-based approaches in drug research

Recent research trends in computer-aided drug design have shown an increasing interest towards the implementation of advanced approaches able to deal with large amount of data. This demand arose from the awareness of the complexity of biological systems and from the availability of data provided by high-throughput technologies. As a consequence, drug research has embraced this paradigm shift exploiting approaches such as that based on networks. Indeed, the process of drug discovery can benefit from the implementation of network-based methods at different steps from target identification to drug repurposing. From this broad range of opportunities, this thesis is focused on three main topics: (i) chemical space networks (CSNs), which are designed to represent and characterize bioactive compound data sets; (ii) drug-target interactions (DTIs) prediction through a network-based algorithm that predicts missing links; (iii) COVID-19 drug research which was explored implementing COVIDrugNet, a network-based tool for COVID-19 related drugs. The main highlight emerged from this thesis is that network-based approaches can be considered useful methodologies to tackle different issues in drug research. In detail, CSNs are valuable coordinate-free, graphically accessible representations of structure-activity relationships of bioactive compounds data sets especially for medium-large libraries of molecules. DTIs prediction through the random walk with restart algorithm on heterogeneous networks can be a helpful method for target identification. COVIDrugNet is an example of the usefulness of network-based approaches for studying drugs related to a specific condition, i.e., COVID-19, and the same ‘systems-based’ approaches can be used for other diseases. To conclude, network-based tools are proving to be suitable in many applications in drug research and provide the opportunity to model and analyze diverse drug-related data sets, even large ones, also integrating different multi-domain information.

Progetto e implementazione di software di segmentazione assistita di immagini mediche e predizione di biomarkers

La segmentazione prevede la partizione di un'immagine in aree strutturalmente o semanticamente coerenti. Nell'imaging medico, è utilizzata per identificare, contornandole, Regioni di Interesse (ROI) clinico, quali lesioni tumorali, oggetto di approfondimento tramite analisi semiautomatiche e automatiche, o bersaglio di trattamenti localizzati. La segmentazione di lesioni tumorali, assistita o automatica, consiste nell’individuazione di pixel o voxel, in immagini o volumi, appartenenti al tumore. La tecnica assistita prevede che il medico disegni la ROI, mentre quella automatica è svolta da software addestrati, tra cui i sistemi Computer Aided Detection (CAD). Mediante tecniche di visione artificiale, dalle ROI si estraggono caratteristiche numeriche, feature, con valore diagnostico, predittivo, o prognostico. L’obiettivo di questa Tesi è progettare e sviluppare un software di segmentazione assistita che permetta al medico di disegnare in modo semplice ed efficace una o più ROI in maniera organizzata e strutturata per futura elaborazione ed analisi, nonché visualizzazione. Partendo da Aliza, applicativo open-source, visualizzatore di esami radiologici in formato DICOM, è stata estesa l’interfaccia grafica per gestire disegno, organizzazione e memorizzazione automatica delle ROI. Inoltre, è stata implementata una procedura automatica di elaborazione ed analisi di ROI disegnate su lesioni tumorali prostatiche, per predire, di ognuna, la probabilità di cancro clinicamente non-significativo e significativo (con prognosi peggiore). Per tale scopo, è stato addestrato un classificatore lineare basato su Support Vector Machine, su una popolazione di 89 pazienti con 117 lesioni (56 clinicamente significative), ottenendo, in test, accuratezza = 77%, sensibilità = 86% e specificità = 69%. Il sistema sviluppato assiste il radiologo, fornendo una seconda opinione, non vincolante, adiuvante nella definizione del quadro clinico e della prognosi, nonché delle scelte terapeutiche.