Molecular modulation of brain development and function: lessons from “old” and “new”

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

An Extension of Estimation of Domain of Attraction for Fractional Order Linear System Subject to Saturation Control

This paper employs the Lyapunov direct method for the stability analysis of fractional order linear systems subject to input saturation. A new stability condition based on saturation function is adopted for estimating the domain of attraction via ellipsoid approach. To further improve this estimation, the auxiliary feedback is also supported by the concept of stability region. The advantages of the proposed method are twofold: (1) it is straightforward to handle the problem both in analysis and design because of using Lyapunov method, (2) the estimation leads to less conservative results. A numerical example illustrates the feasibility of the proposed method.

Analysis of Systems with Backlash and Impacts through the Describing Function

This paper analyses the dynamical properties of systems with backlash and impact phenomena based on the describing function method. The dynamics is illustrated using the Nyquist and Bode plots and the results are compared with those of standard models.

Spatial neighborhood matrix computation: Inverse distance weighted versus binary contiguity

Paper presented at Geo-Spatial Crossroad GI_Forum, Salzburg, Austria.

Formation Control Driven by Cooperative Object Tracking

In this paper we introduce a formation control loop that maximizes the performance of the cooperative perception of a tracked target by a team of mobile robots, while maintaining the team in formation, with a dynamically adjustable geometry which is a function of the quality of the target perception by the team. In the formation control loop, the controller module is a distributed non-linear model predictive controller and the estimator module fuses local estimates of the target state, obtained by a particle filter at each robot. The two modules and their integration are described in detail, including a real-time database associated to a wireless communication protocol that facilitates the exchange of state data while reducing collisions among team members. Simulation and real robot results for indoor and outdoor teams of different robots are presented. The results highlight how our method successfully enables a team of homogeneous robots to minimize the total uncertainty of the tracked target cooperative estimate while complying with performance criteria such as keeping a pre-set distance between the teammates and the target, avoiding collisions with teammates and/or surrounding obstacles.

Reconstrução de Superfícies usando um Scanner 3D de Luz Estruturada

Ao longo dos últimos anos, os scanners 3D têm tido uma utilização crescente nas mais variadas áreas. Desde a Medicina à Arqueologia, passando pelos vários tipos de indústria, ´e possível identificar aplicações destes sistemas. Essa crescente utilização deve-se, entre vários factores, ao aumento dos recursos computacionais, à simplicidade e `a diversidade das técnicas existentes, e `as vantagens dos scanners 3D comparativamente com outros sistemas. Estas vantagens são evidentes em áreas como a Medicina Forense, onde a fotografia, tradicionalmente utilizada para documentar objectos e provas, reduz a informação adquirida a duas dimensões. Apesar das vantagens associadas aos scanners 3D, um factor negativo é o preço elevado. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver um scanner 3D de luz estruturada económico e eficaz, e um conjunto de algoritmos para o controlo do scanner, para a reconstrução de superfícies de estruturas analisadas, e para a validação dos resultados obtidos. O scanner 3D implementado ´e constituído por uma câmara e por um projector de vídeo ”off-the-shelf”, e por uma plataforma rotativa desenvolvida neste trabalho. A função da plataforma rotativa consiste em automatizar o scanner de modo a diminuir a interação dos utilizadores. Os algoritmos foram desenvolvidos recorrendo a pacotes de software open-source e a ferramentas gratuitas. O scanner 3D foi utilizado para adquirir informação 3D de um crânio, e o algoritmo para reconstrução de superfícies permitiu obter superfícies virtuais do crânio. Através do algoritmo de validação, as superfícies obtidas foram comparadas com uma superfície do mesmo crânio, obtida por tomografia computorizada (TC). O algoritmo de validação forneceu um mapa de distâncias entre regiões correspondentes nas duas superfícies, que permitiu quantificar a qualidade das superfícies obtidas. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, é possível afirmar que foi criada uma base funcional para o varrimento de superfícies 3D de estruturas, apta para desenvolvimento futuro, mostrando que é possível obter alternativas aos métodos comerciais usando poucos recursos financeiros.

Adrenal function in 23 children with paracoccidioidomycosis

Adrenal involvement by Paracoccidioides brasiliensis was described at necropsies and in many clinical studies, but only in adults. Therefore, the aim of this study was to evaluate adrenal function in children with paracoccidioidomycosis. Twenty-three children with the systemic form of paracoccidioidomycosis were evaluated and divided in two Groups: Group A (n = 8) included children before treatment and Group B (n = 15) children after the end of treatment. Plasma cortisol (basal and after ACTH test), ACTH, renin activity, aldosterone, sodium and potassium were measured. They were within normal range in all cases, except for renin activity and aldosterone, which were elevated in some cases. Group A patients showed basal and post-ACTH cortisol levels significantly greater than Group B patients. The results showed that adrenal function was not compromised in these children with paracoccidioidomycosis.

Zero-Time Kidney Histology Predicts Early Graft Function

Our purposes are to determine the impact of histological factors observed in zero-time biopsies on early post transplant kidney allograft function. We specifically want to compare the semi-quantitative Banff Classification of zero time biopsies with quantification of % cortical area fibrosis. Sixty three zero-time deceased donor allograft biopsies were retrospectively semiquantitatively scored using Banff classification. By adding the individual chronic parameters a Banff Chronic Sum (BCS) Score was generated. Percentage of cortical area Picro Sirius Red (%PSR) staining was assessed and calculated with a computer program. A negative linear regression between %PSR/ GFR at 3 year post-transplantation was established (Y=62.08 +-4.6412X; p=0.022). A significant negative correlation between arteriolar hyalinosis (rho=-0.375; p=0.005), chronic interstitial (rho=0.296; p=0.02) , chronic tubular ( rho=0.276; p=0.04) , chronic vascular (rho= -0.360;P=0.007), BCS (rho=-0.413; p=0.002) and GFR at 3 years were found. However, no correlation was found between % PSR, Ci, Ct or BCS. In multivariate linear regression the negative predictive factors of 3 years GFR were: BCS in histological model; donor kidney age, recipient age and black race in clinical model. The BCS seems a good and easy to perform tool, available to every pathologist, with significant predictive short-term value. The %PSR predicts short term kidney function in univariate study and involves extra-routine and expensive-time work. We think that %PSR must be regarded as a research instrument.

De Novo Hypertension and Decline of Renal Function in a Young Woman with Systemic Lupus Erythematosus and Antiphospholipid Syndrome

Antiphospholipid syndrome nephropathy and lupus nephritis have similar clinical and laboratory manifestations and achieving the accuracy of diagnosis required for correct treatment frequently necessitates a kidney biopsy. We report the case of a 29-year-old woman referred to the nephrology service for de novo hypertension, decline of renal function and proteinuria. She had had systemic lupus erythematosus and antiphospholipid syndrome since the age of 21 and was taking oral anticoagulation. Two weeks later, after treatment of hypertension and achievement of adequate coagulation parameters, a percutaneous renal biopsy was performed. The biopsy revealed chronic lesions of focal cortical atrophy, arterial fibrous intimal hyperplasia and arterial thromboses, which are typical features of antiphospholipid syndrome nephropathy. We describe the clinical manifestations and histopathology of antiphospholipid syndrome nephropathy and review the literature on renal biopsy in patients receiving anticoagulation.

Adaptive Penalty and Barrier function based on Fuzzy Logic

Optimization methods have been used in many areas of knowledge, such as Engineering, Statistics, Chemistry, among others, to solve optimization problems. In many cases it is not possible to use derivative methods, due to the characteristics of the problem to be solved and/or its constraints, for example if the involved functions are non-smooth and/or their derivatives are not know. To solve this type of problems a Java based API has been implemented, which includes only derivative-free optimization methods, and that can be used to solve both constrained and unconstrained problems. For solving constrained problems, the classic Penalty and Barrier functions were included in the API. In this paper a new approach to Penalty and Barrier functions, based on Fuzzy Logic, is proposed. Two penalty functions, that impose a progressive penalization to solutions that violate the constraints, are discussed. The implemented functions impose a low penalization when the violation of the constraints is low and a heavy penalty when the violation is high. Numerical results, obtained using twenty-eight test problems, comparing the proposed Fuzzy Logic based functions to six of the classic Penalty and Barrier functions are presented. Considering the achieved results, it can be concluded that the proposed penalty functions besides being very robust also have a very good performance.

Rinometria acústica: valores de referência numa população de estudantes universitários

RESUMO: A permeabilidade nasal (nasal patency) é um conceito importante na avaliação da função nasal. Pode ser explicado como uma medida do quanto a cavidade nasal está “aberta” e é determinada por fatores dependentes da sua estrutura anatómica que se relacionam com o fluxo e a resistência nasais e a existência de um fenómeno denominado ciclo nasal. Tradicionalmente, a avaliação da permeabilidade nasal baseia-se em indicadores subjetivos, nomeadamente Escalas Visuais Analógicas ou Scores de Sintomas, embora a sensação subjetiva de obstrução nasal seja difícil de quantificar e frequentemente não se correlacione com métodos mais objetivos de avaliação. A Rinometria Acústica (RA) tem adquirido um papel cada vez mais relevante na avaliação das alterações da permeabilidade nasal, pelo seu carácter não-invasivo, rápido, de fácil execução e por ser bem tolerada pelos pacientes. Contudo, não foram ainda publicados valores de referência para a população normal. Com o presente trabalho pretendeu-se determinar áreas transversais (AT) e volumes (Vol) da cavidade nasal em adultos saudáveis através de RA, em condições basais e após a administração de um fármaco descongestionante tópico nasal, relacionando estes parâmetros com variáveis demográficas e antropométricas. MATERIAL E MÉTODOS: O estudo foi realizado em 32 adultos jovens, de ambos os sexos (18 mulheres e 14 homens), com idade igual ou superior a 18 anos, não fumadores, sem patologias crónicas ou infeção recente das vias aéreas superiores. Para a execução do exame de RA foi utilizado o equipamento SRE2000 com Software RhinoScan Interacoustics, Dinamarca). O rinograma foi analisado em condições basais e após descongestionamento até aos 5 cm de distância da narina, obtendo-se os valores médios entre cavidade nasal direita e esquerda das áreas transversais (AT) dos entalhes registados (AT1 e AT2), a sua localização e volumes nasais a diferentes distâncias (Vol.0-2; Vol.2-5 e Vol.0-5). RESULTADOS: Os indivíduos do género masculino apresentaram valores significativamente superiores aos do género feminino em todos os parâmetros estudados. A administração do fármaco descongestionante tópico nasal provocou um aumento generalizado das AT e volumes nasais, traduzindo uma diminuição da congestão da mucosa nasal, mais acentuada posteriormente ao nível dos cornetos. A comparação entre fossas nasais (direita versus esquerda) após descongestionamento, eliminando o efeito do ciclo nasal, revelou simetria significativa. De uma forma geral, os parâmetros rinométricos estudados revelaram correlação positiva significativa com a altura. CONCLUSÃO: O estudo foi pioneiro para a população portuguesa e representa uma contribuição para a obtenção de valores de referência em adultos jovens. Estudos futuros em amostras de maior dimensão e representatividade são necessários para a obtenção de valores de referência com utilidade clínica e em investigação.--------------ABSTRACT: Nasal patency is an important concept in the evaluation of nasal function. It may be explained as a measure of how open the nasal cavity is, and it depends of anatomical aspects, that relate to nasal airflow, resistance and nasal cycle. Nasal patency evaluation is based in subjective indicators like visual analogical scales or symptom scores, but subjective sensation of nasal obstruction is difficult to quantify and usually doesn’t correlate with more objective methods of evaluation. Acoustic rhinometry has gained an increasingly relevant role in assessing changes in nasal patency, because it is noninvasive, fast and easy to perform and well tolerated by patients However, reference values for the normal population have not yet been published. The aim of the present study was to determine nasal cross-sectional areas and volumes in healthy adults by acoustic rhinometry, before and after administration of a topical nasal decongestant drug, correlating these parameters with demographic and anthropometric variables. MATERIAL E METHODS: The study was performed in 32 young adults (18 females and 14 males), aged 18 years old or more, non-smokers, without chronic diseases or recent airway infection. Acoustic rhinometry evaluation was performed using SRE2000 with RhinoScan software (Interacoustics, Denmark). Nasal cavities were assessed up to 5 cm distance from the nostril, before and after administration of the topical nasal decongestant drug, and mean cross-sectional areas of the notches, their location and mean volumes at different distances from nostril were measured. RESULTS: Males presented significant higher values than females for all rhinometric parameters studied. The decongestant drug, significantly increased all the rhinometric parameters evaluated, in particular those corresponding to the more posterior regions. Comparison between nasal cavities after nasal decongestion showed no significant asymmetry. Globally,a positive correlation was found between rhinometric parameters and height . CONCLUSION: This study was pioneer in the Portuguese population and represents a contribution to acoustic rhinometry reference values in young adults . Further studies, on larger and representative samples, are necessary in order to obtain reference values, useful both to clinical and research applications of this technique.

Safety function analysis in an industrial production process

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Influência das energias renováveis na certificação energética de uma habitação de acordo com o regulamento do desempenho energético dos edifícios de habitação

A presente dissertação tem como objetivo principal o estudo da importância que os sistemas de energias renováveis têm na obtenção da classe de eficiência energética em edifícios de habitação. Analisou-se assim, qual dos sistemas apresentados na legislação é mais vantajoso na relação entre a classe energética e o investimento necessário a efetuar. Como caso de estudo, utilizou-se um edifício de habitação em fase de projeto situada em ambiente urbano, a uma distância muito curta da costa marítima, no distrito do Porto. A primeira etapa da dissertação passou pela caracterização do edifício, determinando as suas necessidades nominais anuais de energia para aquecimento, para arrefecimento, para preparação de águas quentes sanitárias e por fim, as necessidades nominais de energia primária. Com isto, obteve-se a classe de eficiência energética da habitação sem a utilização de qualquer tipo de sistema de aproveitamento de energia renovável. Após esta obtenção, verificou-se que o edifício em análise já possuía uma classe muito eficiente, classe A, superior à classe mínima exigida pelo regulamento, B-. A desvantagem do edifício já possuir esta classe é que a implementação de sistemas de energia não iriam alterar drasticamente a classe, e por isso, não se iria conseguir retirar uma dedução correta de qual o melhor para promover a eficiência energética. De seguida, procedeu-se ao estudo dos sistemas de energia renovável, apresentando sistemas adequados para a habitação e calculando-se as novas classes de eficiência energética, com a utilização de cada sistema. Consecutivamente, começou-se a retirar ilações dos sistemas mais eficientes, ou seja, os sistemas que tem como função aquecer a moradia ou a função de preparar águas quentes sanitárias, pois, iriam mitigar necessidades nominais de energia, enquanto os sistemas de produção de energia elétrica apenas iriam contribuir para uma melhoria energética. Outra desvantagem verificada foi que, devido ao local onde a habitação se situa, não seria possível efetuar uma análise a todos os sistemas de aproveitamento de energia renovável. iv Por fim, efetuou-se uma análise dos investimentos necessários para a implementação dos sistemas de energias renováveis face às diminuições percentuais do rácio de eficiência energética. Posto isto, obteve-se os melhores sistemas a implementar na moradia, no ponto de vista de melhorar a classe de eficiência energética, seria uma caldeira a pellets com função de aquecimento e produção de águas quentes sanitárias, enquanto que, do ponto de vista financeiro obteve-se o sistema de aquecimento e produção de águas quentes sanitárias através de um recuperador de calor a lenha, que em ambos os casos a classe de eficiência energética passou de A para A+.