Three-dimensional conformal breast irradiation in the prone position

The prone position can be used for the planning of adjuvant radiotherapy after conservative breast surgery in order to deliver less irradiation to lung and cardiac tissue. In the present study, we compared the results of three-dimensional conformal radiotherapy planning for five patients irradiated in the supine and prone position. Tumor stage was T1N0M0 in four patients and T1N1M0 in one. All patients had been previously submitted to conservative breast surgery. Breast size was large in three patients and moderate in the other two. Irradiation in the prone position was performed using an immobilization foam pad with a hole cut into it to accommodate the breast so that it would hang down away from the chest wall. Dose-volume histograms showed that mean irradiation doses reaching the ipsilateral lung were 8.3 ± 3.6 Gy with the patient in the supine position and 1.4 ± 1.0 Gy with the patient in the prone position (P = 0.043). The values for the contralateral lung were 1.3 ± 0.7 and 0.3 ± 0.1 Gy (P = 0.043) and the values for cardiac tissue were 4.6 ± 1.6 and 3.0 ± 1.7 Gy (P = 0.079), respectively. Thus, the dose-volume histograms demonstrated that lung tissue irradiation was significantly lower with the patient in the prone position than in the supine position. Large-breasted women appeared to benefit most from irradiation in the prone position. Prone position breast irradiation appears to be a simple and effective alternative to the conventional supine position for patients with large breasts, since they are subjected to lower pulmonary doses which may cause less pulmonary side effects in the future.

Multicellular spheroids of bone marrow stromal cells: a three-dimensional in vitro culture system for the study of hematopoietic cell migration

Cell fate decisions are governed by a complex interplay between cell-autonomous signals and stimuli from the surrounding tissue. In vivo cells are connected to their neighbors and to the extracellular matrix forming a complex three-dimensional (3-D) microenvironment that is not reproduced in conventional in vitro systems. A large body of evidence indicates that mechanical tension applied to the cytoskeleton controls cell proliferation, differentiation and migration, suggesting that 3-D in vitro culture systems that mimic the in vivo situation would reveal biological subtleties. In hematopoietic tissues, the microenvironment plays a crucial role in stem and progenitor cell survival, differentiation, proliferation, and migration. In adults, hematopoiesis takes place inside the bone marrow cavity where hematopoietic cells are intimately associated with a specialized three 3-D scaffold of stromal cell surfaces and extracellular matrix that comprise specific niches. The relationship between hematopoietic cells and their niches is highly dynamic. Under steady-state conditions, hematopoietic cells migrate within the marrow cavity and circulate in the bloodstream. The mechanisms underlying hematopoietic stem/progenitor cell homing and mobilization have been studied in animal models, since conventional two-dimensional (2-D) bone marrow cell cultures do not reproduce the complex 3-D environment. In this review, we will highlight some of the mechanisms controlling hematopoietic cell migration and 3-D culture systems.

Performance of two-dimensional Doppler echocardiography for the assessment of infarct size and left ventricular function in rats

Although echocardiography has been used in rats, few studies have determined its efficacy for estimating myocardial infarct size. Our objective was to estimate the myocardial infarct size, and to evaluate anatomic and functional variables of the left ventricle. Myocardial infarction was produced in 43 female Wistar rats by ligature of the left coronary artery. Echocardiography was performed 5 weeks later to measure left ventricular diameter and transverse area (mean of 3 transverse planes), infarct size (percentage of the arc with infarct on 3 transverse planes), systolic function by the change in fractional area, and diastolic function by mitral inflow parameters. The histologic measurement of myocardial infarction size was similar to the echocardiographic method. Myocardial infarct size ranged from 4.8 to 66.6% when determined by histology and from 5 to 69.8% when determined by echocardiography, with good correlation (r = 0.88; P < 0.05; Pearson correlation coefficient). Left ventricular diameter and mean diastolic transverse area correlated with myocardial infarct size by histology (r = 0.57 and r = 0.78; P < 0.0005). The fractional area change ranged from 28.5 ± 5.6 (large-size myocardial infarction) to 53.1 ± 1.5% (control) and correlated with myocardial infarct size by echocardiography (r = -0.87; P < 0.00001) and histology (r = -0.78; P < 00001). The E/A wave ratio of mitral inflow velocity for animals with large-size myocardial infarction (5.6 ± 2.7) was significantly higher than for all others (control: 1.9 ± 0.1; small-size myocardial infarction: 1.9 ± 0.4; moderate-size myocardial infarction: 2.8 ± 2.3). There was good agreement between echocardiographic and histologic estimates of myocardial infarct size in rats.

Remote sensing for three-dimensional modelling of hydromorphology

Successful management of rivers requires an understanding of the fluvial processes that govern them. This, in turn cannot be achieved without a means of quantifying their geomorphology and hydrology and the spatio-temporal interactions between them, that is, their hydromorphology. For a long time, it has been laborious and time-consuming to measure river topography, especially in the submerged part of the channel. The measurement of the flow field has been challenging as well, and hence, such measurements have long been sparse in natural environments. Technological advancements in the field of remote sensing in the recent years have opened up new possibilities for capturing synoptic information on river environments. This thesis presents new developments in fluvial remote sensing of both topography and water flow. A set of close-range remote sensing methods is employed to eventually construct a high-resolution unified empirical hydromorphological model, that is, river channel and floodplain topography and three-dimensional areal flow field. Empirical as well as hydraulic theory-based optical remote sensing methods are tested and evaluated using normal colour aerial photographs and sonar calibration and reference measurements on a rocky-bed sub-Arctic river. The empirical optical bathymetry model is developed further by the introduction of a deep-water radiance parameter estimation algorithm that extends the field of application of the model to shallow streams. The effect of this parameter on the model is also assessed in a study of a sandy-bed sub-Arctic river using close-range high-resolution aerial photography, presenting one of the first examples of fluvial bathymetry modelling from unmanned aerial vehicles (UAV). Further close-range remote sensing methods are added to complete the topography integrating the river bed with the floodplain to create a seamless high-resolution topography. Boat- cart- and backpack-based mobile laser scanning (MLS) are used to measure the topography of the dry part of the channel at a high resolution and accuracy. Multitemporal MLS is evaluated along with UAV-based photogrammetry against terrestrial laser scanning reference data and merged with UAV-based bathymetry to create a two-year series of seamless digital terrain models. These allow the evaluation of the methodology for conducting high-resolution change analysis of the entire channel. The remote sensing based model of hydromorphology is completed by a new methodology for mapping the flow field in 3D. An acoustic Doppler current profiler (ADCP) is deployed on a remote-controlled boat with a survey-grade global navigation satellite system (GNSS) receiver, allowing the positioning of the areally sampled 3D flow vectors in 3D space as a point cloud and its interpolation into a 3D matrix allows a quantitative volumetric flow analysis. Multitemporal areal 3D flow field data show the evolution of the flow field during a snow-melt flood event. The combination of the underwater and dry topography with the flow field yields a compete model of river hydromorphology at the reach scale.

Three-dimensional modeling of biomass fuel flow in a circulating fluidized bed furnace

The reduction of greenhouse gas emissions in the European Union promotes the combustion of biomass rather than fossil fuels in energy production. Circulating fluidized bed (CFB) combustion offers a simple, flexible and efficient way to utilize untreated biomass in a large scale. CFB furnaces are modeled in order to understand their operation better and to help in the design of new furnaces. Therefore, physically accurate models are needed to describe the heavily coupled multiphase flow, reactions and heat transfer inside the furnace. This thesis presents a new model for the fuel flow inside the CFB furnace, which acknowledges the physical properties of the fuel and the multiphase flow phenomena inside the furnace. This model is applied with special interest in the firing of untreated biomass. An experimental method is utilized to characterize gas-fuel drag force relations. This characteristic drag force approach is developed into a gas-fuel drag force model suitable for irregular, non-spherical biomass particles and applied together with the new fuel flow model in the modeling of a large-scale CFB furnace. The model results are physically valid and achieve very good correspondence with the measurement results from large-scale CFB furnace firing biomass. With the methods and models presented in this work, the fuel flow field inside a circulating fluidized bed furnace can be modeled with better accuracy and more efficiently than in previous studies with a three-dimensional holistic model frame.

Three-dimensional kinematic analysis of upper and lower limb motion during gait of post-stroke patients

The aim of this study was to analyze the alterations of arm and leg movements of patients during stroke gait. Joint angles of upper and lower limbs and spatiotemporal variables were evaluated in two groups: hemiparetic group (HG, 14 hemiparetic men, 53 ± 10 years) and control group (CG, 7 able-bodied men, 50 ± 4 years). The statistical analysis was based on the following comparisons (P ≤ 0.05): 1) right versus left sides of CG; 2) affected (AF) versus unaffected (UF) sides of HG; 3) CG versus both the affected and unaffected sides of HG, and 4) an intracycle comparison of the kinematic continuous angular variables between HG and CG. This study showed that the affected upper limb motion in stroke gait was characterized by a decreased range of motion of the glenohumeral (HG: 6.3 ± 4.5, CG: 20.1 ± 8.2) and elbow joints (AF: 8.4 ± 4.4, UF: 15.6 ± 7.6) on the sagittal plane and elbow joint flexion throughout the cycle (AF: 68.2 ± 0.4, CG: 46.8 ± 2.7). The glenohumeral joint presented a higher abduction angle (AF: 14.2 ± 1.6, CG: 11.5 ± 4.0) and a lower external rotation throughout the cycle (AF: 4.6 ± 1.2, CG: 22.0 ± 3.0). The lower limbs showed typical alterations of the stroke gait patterns. Thus, the changes in upper and lower limb motion of stroke gait were identified. The description of upper limb motion in stroke gait is new and complements gait analysis.

Otimização da determinação de colesterol por clae e teores de colesterol, lipídios totais e ácidos graxos em camarão rosa (Penaeus brasiliensis)

A produção de camarões no Brasil é expressiva com condições propícias para expansão. Apesar de ser bem apreciado em termos culinários e ser uma fonte rica de proteínas, o camarão é apontado como um alimento de alto conteúdo de colesterol. Considerando que o nível de colesterol sangüíneo humano é dependente não só do teor de colesterol, mas também da quantidade de gordura e do tipo de ácidos graxos na dieta, um estudo integrado destes três constituintes foi realizado em camarão rosa (Penaeus brasiliensis), tamanho médio proveniente de São Paulo. A extração e a determinação do teor de lipídios totais foram realizadas de acordo com método de Folch, Less & Stanley. O método para determinação de colesterol por cromatografia líquida de alta eficiência, com coluna C18 e detector por conjunto de diodos, foi estabelecido no nosso laboratório. Este método mostrou-se eficiente, rápido e simples. A composição de ácidos graxos foi obtida por cromatografia gasosa com coluna capilar de sílica fundida com DB-WAX. Os teores de colesterol e lipídios totais para camarão rosa médio foram 127 ± 9mg/100 g e 1,0 ± 0,1 g/100 g, respectivamente. Foram detectados oitenta e sete ácidos graxos, sendo 20:5w3 (EPA), 16:0, 22:6w3 (DHA), 18:0, 18:1w9, 16:1w7, 20:4w6 e 18:1w7 os principais. O teor de colesterol encontrado no camarão analisado é alto. Por outro lado, o teor de gordura é baixo e os níveis de ácidos graxos poliinsaturados, especialmente EPA e DHA, são altos.

Otimização da produção de nata (celulose bacteriana) por fermentação em superfície

A nata de coco, alimento glicídico obtido por fermentação em superfície promovida por Acetobacter xylinum, é bastante difundida em alguns países asiáticos, principalmente nas Filipinas. Como meio de cultivo são utilizadas a água ou o leite de coco, produtos de baixo valor econômico e resíduos de processamento da fruta; há indicativos na literatura, entretanto, de que outros resíduos agro-industriais como soro de leite ou mesmo suco de frutas podem ser utilizados. A fim de avaliar a produção de nata para posteriores estudos visando o uso de meios alternativos, foi utilizado um meio de composição definida com o qual foi possível definir as condições de pH, de inóculo e de incubação, assim como observar a influência de açúcares e de ácidos no processo. Foram delineados experimentos usando-se ácido acético e glucose como variáveis de entrada visando a otimização do processo. As condições de fermentação incluíram correção do pH para 4, adição de 10% (v/v) de inóculo ao meio e incubação a 28°C por 10 dias. As condições encontradas como ótimas em relação às concentrações iniciais dos nutrientes considerados foram 0,65 moles/l de ácido acético e 67,4 g/l de glucose, com o que se produz 7,107 g de nata por 250 ml de meio .

Curvas de porcentagem mássica de água versus peso específico em vegetais in natura - otimização de processos industriais pela seleção via teste da matéria-prima

O trabalho visa a verificação da existência de correlação matemática entre peso específico (SG) e porcentagem mássica de água (PMA) em vegetais in natura. Foram concluídas as curvas da Solanum tuberosum (batata-inglesa), Dioscorea sp (cará), Manihot utilíssima (mandioca). O procedimento de medição de peso específico em laboratório pode ser utilizado como teste em escala industrial para determinação da porcentagem mássica de água em vegetais in natura de aspecto uniforme através da curva característica PExPMA do vegetal utilizado. O teste assim descrito é simples, econômico, não destrutivo e preciso, fácil de ser implantado na indústria para otimização de processos que tenham como matéria-prima vegetais in natura, uma vez que a porcentagem mássica de água do vegetal é um parâmetro importante. Com a aplicação do teste é possível selecionar a matéria-prima de melhor produtividade, permitindo melhores produtos e maior rendimento do processo, além de atingir melhor homogeneidade do produto final.

Método simplex supermodificado como estratégia de otimização para respostas combinadas em sistemas alimentares

O presente trabalho teve como objetivo combinar modelagem pela superfície de resposta com otimização simplex supermodificado, para tratamento de casos de interesse na ciência e tecnologia de alimentos, com o emprego da função de Derringer & Suich para respostas combinadas. Um programa para microinformática, denominado MULTIPLEX, foi desenvolvido e testado na otimização multirresposta de três sistemas alimentares selecionados na literatura especializada: 1) inativação da lipoxigenase e lipase preservando-se a atividade da fitase durante o processamento hidrotérmico da cevada; 2) desidratação instantânea de maçã por expansão; 3) extração da proteína da linhaça com hexametafosfato. Uma análise estatística rigorosa foi realizada para testar a capacidade preditiva dos modelos. O método simplex supermodificado, com inicialização automática, foi o instrumento para a solução numérica da função de Derringer & Suich para respostas combinadas. O programa desenvolvido mostrou ser eficiente e confiável para a otimização de multirrespostas, sendo executável em microcomputador que disponha de processador 486 e ambiente MS-DOS.

OTIMIZAÇÃO DA DETERMINAÇÃO DE ÁCIDO FÓLICO EM LEITES ENRIQUECIDOS ATRAVÉS DA ANÁLISE DE SUPERFÍCIE DE RESPOSTA

A etapa de extração é uma das maiores fontes de erros na determinação de vitaminas, já que estas são compostos freqüentemente lábeis e estão presentes em concentrações muito pequenas numa matriz orgânica complexa que são os alimentos. A extração desenvolvida por Catharino e Godoy para análise de ácido fólico em leites enriquecidos consiste em uma técnica rápida e bastante simples, sendo por esse motivo escolhida neste estudo para ser avaliada. A análise de superfície de resposta foi aplicada para investigar as alterações na concentração de ácido fólico em leite enriquecido frente a algumas modificações, especialmente, na etapa de extração. Foram avaliados quatro parâmetros: quantidade de amostra, tempo de extração, volume de ácido tricloroacético (TCA) e tempo de espera para injeção no equipamento. As condições preestabelecidas para análise de 1,0g amostra, 10 minutos no ultra-som, 350miL de ácido tricloroacético e injeção imediata são parâmetros que estão dentro da faixa teórica ótima, segundo os resultados obtidos pela análise da superfície de resposta, embora quantidades um pouco inferiores de amostra (0,9g) e maior volume de TCA (425miL) proporcionaram quantidades de ácido fólico ligeiramente superiores.

Otimização do cozimento de filé de frango empanado em forno de injeção direta de vapor

Foi estudado o efeito da temperatura do ar (205-215°C) e do tempo de cozimento (3,5 - 4,1 minutos), sobre a temperatura interna e o rendimento durante o cozimento do filé de frango empanado usando a metodologia de superfície de resposta, obtendo-se modelos estatísticos adequados. Verificou-se que as melhores condições de processo foram o emprego de temperaturas entre 206 e 209°C e tempos entre 2,5 e 3,6 minutos.

Otimização e validação de método para determinação de resíduos de oxitetraciclina, tetraciclina e clortetraciclina em leite por cromatografia líquida de alta eficiência

Um método para determinação de resíduos de oxitetraciclina, tetraciclina e clortetraciclina em leite por cromatografia líquida de alta eficiência foi otimizado e validado. Ensaios intralaboratoriais empregando soluções padrão, brancos de amostras e amostras adicionadas de soluções padrão dos antimicrobianos foram realizados para avaliação da linearidade, seletividade, exatidão, precisão, limites de detecção e de quantificação do método. As amostras foram homogeneizadas, tratadas com solução tampão de succinato de sódio pH 4,0 e centrifugadas, descartando-se o precipitado. As tetraciclinas foram removidas do sobrenadante por quelação com íons cobre reversivelmente ligados à resina quelante e eluídas com tampão McIlvaine-EDTA pH 4,0. As médias de recuperação para as tetraciclinas foram de 76,2 a 104,9% com coeficiente de variação na faixa de 1,4 a 18,9%. Limites de detecção de 10, 15 e 40ng/mL e limites de quantificação de 10, 20 e 50ng/mL foram determinados para oxitetraciclina, tetraciclina e clortetraciclina, respectivamente.

Otimização via metodologia de superfície de respostas dos parâmetros tecnológicos para produção de fruta estruturada e desidratada a partir de polpa concentrada de mamão

O objetivo deste trabalho foi investigar os parâmetros tecnológicos relevantes no processo de estruturação de polpa concentrada de mamão (16ºBrix), utilizando um delineamento experimental associado a Metodologia de Superfície de Respostas. Os resultados do planejamento composto central utilizado mostraram que as variáveis pectina (x1) e alginato (x2) foram estatisticamente significativas para aumentar a firmeza de fruta estrutura de mamão. Foram realizados experimentos para confirmar as previsões do modelo matemático proposto para firmeza. As frutas estruturadas obtidas com os menores níveis de pectina (7g/kg) e alginato (7g/kg) apresentaram firmeza elevada, em torno de 3,2kg, cerca de 2,4 vezes maior que o valor previsto pelo modelo, provavelmente devido a variações no pH da polpa de mamão. Os resultados mostraram ser possível produzir fruta estruturada com teor elevado de polpa de mamão concentrada (672g/kg) e quantidade mínima de sacarose (364g/kg). O glicerol (x3) na concentração de 100g/kg suprimiu a atividade de água dos géis de polpa concentrada de mamão para 0,922. A secagem (60ºC/6h) sob vácuo (0,8kgf/kg) das frutas estruturadas minimizou o problema de adesividade superficial das frutas estruturadas e, concomitantemente, promoveu redução na atividade de água, para níveis de umidade intermediária, em torno de 0,860.

Otimização da secagem do malte de Zea mays

Neste trabalho foi feita a otimização do processo de secagem do malte de milho (Zea mays) com o objetivo de gerar um derivado de alto valor comercial sem reduzir a atividade das enzimas presentes neste, alfa e beta - amilases, e tentar agregar valor à cultura do milho. Modelos de curvas de secagem foram usados para simular as isotermas de secagem. Um planejamento fatorial completo do tipo 2² foi feito, usando como fatores o tempo (5,18; 6; 8; 10 e 10,8 h) em torno do tempo de secagem para determinação de umidade em alimento e a temperatura (54, 65 e 76 °C) próxima do ótimo das enzimas e a atividade enzimática no malte como resposta. O modelo que mais se ajustou aos dados de cinética de secagem foi o de Henderson e Henderson, e a umidade média retirada do malte foi maior que 40%. A otimização da secagem indicou que se deve operar o secador na região que se aproxima dos 54 °C e da faixa de 5,18 a 6 h de processo. O malte obtido possuiu um bom potencial enzimático, sendo possível assim, contribuir para a agregação de valor à cultura do milho.