Effects of tissue handling and processing steps on PCR for detection of Mycobacterium tuberculosis in formalin-fixed paraffin-embedded samples

Development and standardization of reliable methods for detection of Mycobacterium tuberculosis in clinical samples is an important goal in laboratories throughout the world. In this work, lung and spleen fragments from a patient who died with the diagnosis of miliary tuberculosis were used to evaluate the influence of the type of fixative as well as the fixation and paraffin inclusion protocols on PCR performance in paraffin embedded specimens. Tissue fragments were fixed for four h to 48 h, using either 10% non-buffered or 10% buffered formalin, and embedded in pure paraffin or paraffin mixed with bee wax. Specimens were submitted to PCR for amplification of the human beta-actin gene and separately for amplification of the insertion sequence IS6110, specific from the M. tuberculosis complex. Amplification of the beta-actin gene was positive in all samples. No amplicons were generated by PCR-IS6110 when lung tissue fragments were fixed using 10% non-buffered formalin and were embedded in paraffin containing bee wax. In conclusion, combined inhibitory factors interfere in the detection of M. tuberculosis in stored material. It is important to control these inhibitory factors in order to implement molecular diagnosis in pathology laboratories.

A framework for scientific computing with GPUs

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Estudo e análise do sequenciamento de tarefas de produção: job shop scheduling

Esta dissertação apresenta um estudo sobre os problemas de sequenciamento de tarefas de produção do tipo job shop scheduling. Os problemas de sequenciamento de tarefas de produção pretendem encontrar a melhor sequência para o processamento de uma lista de tarefas, o instante de início e término de cada tarefa e a afetação de máquinas para as tarefas. Entre estes, encontram-se os problemas com máquinas paralelas, os problemas job shop e flow shop. As medidas de desempenho mais comuns são o makespan (instante de término da execução de todas as tarefas), o tempo de fluxo total, a soma dos atrasos (tardiness), o atraso máximo, o número de tarefas que são completadas após a data limite, entre outros. Num problema do tipo job shop, as tarefas (jobs) consistem num conjunto de operações que têm de ser executadas numa máquina pré-determinada, obedecendo a um determinado sequenciamento com tempos pré-definidos. Estes ambientes permitem diferentes cenários de sequenciamento das tarefas. Normalmente, não são permitidas interrupções no processamento das tarefas (preemption) e pode ainda ser necessário considerar tempos de preparação dependentes da sequência (sequence dependent setup times) ou atribuir pesos (prioridades) diferentes em função da importância da tarefa ou do cliente. Pretende-se o estudo dos modelos matemáticos existentes para várias variantes dos problemas de sequenciamento de tarefas do tipo job shop e a comparação dos resultados das diversas medidas de desempenho da produção. Este trabalho contribui para demonstrar a importância que um bom sequenciamento da produção pode ter na sua eficiência e consequente impacto financeiro.

Avaliação do comportamento e reforço da Ponte de Maçaínhas sob a ação do tráfego ferroviário

A presente dissertação tem como principal objetivo a avaliação do estado de conservação de uma ponte ferroviária metálica centenária para posteriormente se efetuar o reforço desta. O objeto de estudo foi a Ponte de Maçaínhas, uma ponte metálica treliçada que se situa na linha da Beira Baixa permitindo a ligação entre a Guarda e a Covilhã. Este trabalho envolveu um estudo profundo de vários conteúdos normativos relativos a ações em pontes ferroviárias e ações ambientais. Este estudo estende-se ainda ao campo das verificações regulamentares e critérios de segurança estrutural adequadas ao presente contexto. A operação de reforço começou numa rigorosa análise dos componentes estruturais da ponte, através do estudo de plantas e de um extenso registo fotográfico, para posteriormente se conceber um modelo numérico que traduzisse a situação real. Ao modelo concebido foram aplicadas as cargas regulamentares adequadas por forma a entender o comportamento que a ponte apresenta perante estas e se as suas secções transversais apresentam capacidade resistente suficiente. Caso estas não apresentem capacidade resistente suficiente teriam de ser intervencionadas. Concluído o processo de avaliação estrutural e de reforço, procedeu-se à verificação do comportamento da estrutura reforçada perante as ações de projeto. Com isto pretende-se avaliar se os esforços se distribuem da mesma maneira ou se a operação de reforço teve algum efeito na distribuição destes. Por último, para avaliar o comportamento da estrutura perante a passagem de tráfego real, realizaram-se análises dinâmicas que tiveram por base um grupo de veículos que habitualmente circulam na linha da Beira Baixa e um comboio de alta velocidade. Estas análises foram realizadas tanto para a situação pré reforço como pós reforço. Desta forma conseguiu-se fazer um paralelo entre ambas as condições e perceber se a operação de reforço foi bem-sucedida.

Algorithm for the Parkinson’s disease behavioural models characterization using a biosensor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Multicore Scheduling of Real-Time Irregular Parallel Algorithms in Linux

Face à estagnação da tecnologia uniprocessador registada na passada década, aos principais fabricantes de microprocessadores encontraram na tecnologia multi-core a resposta `as crescentes necessidades de processamento do mercado. Durante anos, os desenvolvedores de software viram as suas aplicações acompanhar os ganhos de performance conferidos por cada nova geração de processadores sequenciais, mas `a medida que a capacidade de processamento escala em função do número de processadores, a computação sequencial tem de ser decomposta em várias partes concorrentes que possam executar em paralelo, para que possam utilizar as unidades de processamento adicionais e completar mais rapidamente. A programação paralela implica um paradigma completamente distinto da programação sequencial. Ao contrário dos computadores sequenciais tipificados no modelo de Von Neumann, a heterogeneidade de arquiteturas paralelas requer modelos de programação paralela que abstraiam os programadores dos detalhes da arquitectura e simplifiquem o desenvolvimento de aplicações concorrentes. Os modelos de programação paralela mais populares incitam os programadores a identificar instruções concorrentes na sua lógica de programação, e a especificá-las sob a forma de tarefas que possam ser atribuídas a processadores distintos para executarem em simultâneo. Estas tarefas são tipicamente lançadas durante a execução, e atribuídas aos processadores pelo motor de execução subjacente. Como os requisitos de processamento costumam ser variáveis, e não são conhecidos a priori, o mapeamento de tarefas para processadores tem de ser determinado dinamicamente, em resposta a alterações imprevisíveis dos requisitos de execução. `A medida que o volume da computação cresce, torna-se cada vez menos viável garantir as suas restrições temporais em plataformas uniprocessador. Enquanto os sistemas de tempo real se começam a adaptar ao paradigma de computação paralela, há uma crescente aposta em integrar execuções de tempo real com aplicações interativas no mesmo hardware, num mundo em que a tecnologia se torna cada vez mais pequena, leve, ubíqua, e portável. Esta integração requer soluções de escalonamento que simultaneamente garantam os requisitos temporais das tarefas de tempo real e mantenham um nível aceitável de QoS para as restantes execuções. Para tal, torna-se imperativo que as aplicações de tempo real paralelizem, de forma a minimizar os seus tempos de resposta e maximizar a utilização dos recursos de processamento. Isto introduz uma nova dimensão ao problema do escalonamento, que tem de responder de forma correcta a novos requisitos de execução imprevisíveis e rapidamente conjeturar o mapeamento de tarefas que melhor beneficie os critérios de performance do sistema. A técnica de escalonamento baseado em servidores permite reservar uma fração da capacidade de processamento para a execução de tarefas de tempo real, e assegurar que os efeitos de latência na sua execução não afectam as reservas estipuladas para outras execuções. No caso de tarefas escalonadas pelo tempo de execução máximo, ou tarefas com tempos de execução variáveis, torna-se provável que a largura de banda estipulada não seja consumida por completo. Para melhorar a utilização do sistema, os algoritmos de partilha de largura de banda (capacity-sharing) doam a capacidade não utilizada para a execução de outras tarefas, mantendo as garantias de isolamento entre servidores. Com eficiência comprovada em termos de espaço, tempo, e comunicação, o mecanismo de work-stealing tem vindo a ganhar popularidade como metodologia para o escalonamento de tarefas com paralelismo dinâmico e irregular. O algoritmo p-CSWS combina escalonamento baseado em servidores com capacity-sharing e work-stealing para cobrir as necessidades de escalonamento dos sistemas abertos de tempo real. Enquanto o escalonamento em servidores permite partilhar os recursos de processamento sem interferências a nível dos atrasos, uma nova política de work-stealing que opera sobre o mecanismo de capacity-sharing aplica uma exploração de paralelismo que melhora os tempos de resposta das aplicações e melhora a utilização do sistema. Esta tese propõe uma implementação do algoritmo p-CSWS para o Linux. Em concordância com a estrutura modular do escalonador do Linux, ´e definida uma nova classe de escalonamento que visa avaliar a aplicabilidade da heurística p-CSWS em circunstâncias reais. Ultrapassados os obstáculos intrínsecos `a programação da kernel do Linux, os extensos testes experimentais provam que o p-CSWS ´e mais do que um conceito teórico atrativo, e que a exploração heurística de paralelismo proposta pelo algoritmo beneficia os tempos de resposta das aplicações de tempo real, bem como a performance e eficiência da plataforma multiprocessador.

BIOFILM FORMATION OF Vibrio cholerae ON STAINLESS STEEL USED IN FOOD PROCESSING

Vibrio cholerae represents a significant threat to human health in developing countries. This pathogen forms biofilms which favors its attachment to surfaces and its survival and transmission by water or food. This work evaluated the in vitro biofilm formation of V. cholerae isolated from clinical and environmental sources on stainless steel of the type used in food processing by using the environmental scanning electron microscopy (ESEM). Results showed no cell adhesion at 4 h and scarce surface colonization at 24 h. Biofilms from the environmental strain were observed at 48 h with high cellular aggregations embedded in Vibrio exopolysaccharide (VPS), while less confluence and VPS production with microcolonies of elongated cells were observed in biofilms produced by the clinical strain. At 96 h the biofilms of the environmental strain were released from the surface leaving coccoid cells and residual structures, whereas biofilms of the clinical strain formed highly organized structures such as channels, mushroom-like and pillars. This is the first study that has shown the in vitro ability of V. cholerae to colonize and form biofilms on stainless steel used in food processing.

Biological and Physiological Markers of Tactile Sensorial Processing in Healthy Newborns

The main objective of this review is to provide a descriptive analysis of the biological and physiological markers of tactile sensorial processing in healthy, full-term newborns. Research articles were selected according to the following study design criteria: (a) tactile stimulation for touch sense as an independent variable; (b) having at least one biological or physiological variable as a dependent variable; and (c) the group of participants were characterized as full-term and healthy newborns; a mixed group of full-term newborns and preterm newborns; or premature newborns with appropriate-weight-for-gestational age and without clinical differences or considered to have a normal, healthy somatosensory system. Studies were then grouped according to the dependent variable type, and only those that met the aforementioned three major criteria were described. Cortisol level, growth measures, and urinary catecholamine, serotonin, and melatonin levels were reported as biological-marker candidates for tactile sensorial processing. Heart rate, body temperature, skin-conductance activity, and vagal reactivity were described as neurovegetative-marker candidates. Somatosensory evoked potentials, somatosensory evoked magnetic fields, and functional neuroimaging data also were included.

On the cloud deployment of a session abstraction for service/data aggregation

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Distributed replicated macro-components

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Multiresponsive supramolecular systems for information processing at the molecular level

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Web Processing Services for Forestry and Environmental Applications

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Petri net based development of globally-asynchronous locally-synchronous distributed embedded systems

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Optimization of breast tomosynthesis image reconstruction using parallel computing

Breast cancer is the most common cancer among women, being a major public health problem. Worldwide, X-ray mammography is the current gold-standard for medical imaging of breast cancer. However, it has associated some well-known limitations. The false-negative rates, up to 66% in symptomatic women, and the false-positive rates, up to 60%, are a continued source of concern and debate. These drawbacks prompt the development of other imaging techniques for breast cancer detection, in which Digital Breast Tomosynthesis (DBT) is included. DBT is a 3D radiographic technique that reduces the obscuring effect of tissue overlap and appears to address both issues of false-negative and false-positive rates. The 3D images in DBT are only achieved through image reconstruction methods. These methods play an important role in a clinical setting since there is a need to implement a reconstruction process that is both accurate and fast. This dissertation deals with the optimization of iterative algorithms, with parallel computing through an implementation on Graphics Processing Units (GPUs) to make the 3D reconstruction faster using Compute Unified Device Architecture (CUDA). Iterative algorithms have shown to produce the highest quality DBT images, but since they are computationally intensive, their clinical use is currently rejected. These algorithms have the potential to reduce patient dose in DBT scans. A method of integrating CUDA in Interactive Data Language (IDL) is proposed in order to accelerate the DBT image reconstructions. This method has never been attempted before for DBT. In this work the system matrix calculation, the most computationally expensive part of iterative algorithms, is accelerated. A speedup of 1.6 is achieved proving the fact that GPUs can accelerate the IDL implementation.

Ionic liquids as catalysts of lignocellulosic biomass processing

The present work is devoted to study the pre-treatment of lignocellulosic biomass, especially wheat straw, by the application of the acidic ionic liquid (IL) such as 1-butyl-3-methylimidazolium hydrogen sulphate. The ability of this IL to hydrolysis and conversion of biomass was scrutinised. The pre-treatment with hydrogen sulphate-based IL allowed to obtain a liquor rich in hemicellulosic sugars, furans and organic acids, and a solid fraction mainly constituted by cellulose and lignin. Quantitative and qualitative analyses of the produced liquors were made by capillary electrophoresis and high-performance liquid chromatography. Pre-treatment conditions were set to produce xylose or furfural. Specific range of temperatures from 70 to 175 °C and residence times from 20.0 to 163.3 min were studied by fixing parameters such as biomass/IL ratio (10 % (w/w)) and water content (1.25 % (w/w)) in the pre-treatment process. Statistical modelling was applied to maximise the xylose and furfural concentrations. For the purpose of reaction condition comparison the severity factor for studied ionic liquid was proposed and applied in this work. Optimum conditions for xylose production were identified to be at 125 °C and 82.1 min, at which 16.7 % (w/w) xylose yield was attained. Furfural was preferably formed at higher pre-treatment temperatures and longer reaction time (161 °C and 104.5 min) reaching 30.7 % (w/w) maximum yield. The influence of water content on the optimum xylose formation was also studied. Pre-treatments with 5 and 10 % (w/w) water content were performed and an increase of 100 % and 140 % of xylose yield was observed, respectively, while the conversion into furfural maintained unchanged.