A Review of Operational Matrices and Spectral Techniques for Fractional Calculus

Recently, operational matrices were adapted for solving several kinds of fractional differential equations (FDEs). The use of numerical techniques in conjunction with operational matrices of some orthogonal polynomials, for the solution of FDEs on finite and infinite intervals, produced highly accurate solutions for such equations. This article discusses spectral techniques based on operational matrices of fractional derivatives and integrals for solving several kinds of linear and nonlinear FDEs. More precisely, we present the operational matrices of fractional derivatives and integrals, for several polynomials on bounded domains, such as the Legendre, Chebyshev, Jacobi and Bernstein polynomials, and we use them with different spectral techniques for solving the aforementioned equations on bounded domains. The operational matrices of fractional derivatives and integrals are also presented for orthogonal Laguerre and modified generalized Laguerre polynomials, and their use with numerical techniques for solving FDEs on a semi-infinite interval is discussed. Several examples are presented to illustrate the numerical and theoretical properties of various spectral techniques for solving FDEs on finite and semi-infinite intervals.

Prevalência de Doença Carotídea na Patologia Cérebro-Vascular Isquémica. O Papel do Eco-Doppler

BACKGROUND: Atherosclerotic carotid disease represents approximately 20% of the causes of ischemic stroke. Effective treatment options, such as endovascular or surgical revascularization procedures, are available. Doppler Ultrasound (DUS) is a non-invasive, inexpensive, routine exam used to evaluate the presence of internal carotid artery (ICA) stenosis. We retrospectively analysed the prevalence of severe atherosclerotic carotid disease in a population of patients with acute ischemic stroke/transitory ischemic attacks (TIAs), and the role of DUS in the detection of ICA stenosis and treatment decisions in these patients. METHODS: A total of 318 patients with ischemic stroke or TIAs was admitted to our stroke unit, and 260 patients were studied by DUS. ICA stenosis was evaluated by DUS according to peak systolic velocity. All DUS exams were performed by the same operator. ICA stenosis was further assessed in 43 patients by digital subtraction angiography (DSA) using NASCET criteria. RESULTS: Of the total 318 patients, 260 (82%) had DUS evaluation. Of the total 520 ICAs studied by DUS, degrees of ICA stenosis were: 0-29% n= 438 (84%); 30-49% n= 8 (2%); 50-69% n= 27 (5%); 70-89% n= 15 (3%); 90-99% n= 20 (4%); oclusão n= 14 (2%). Of the total 260 patients studied, 43 (16.5%) underwent DSA. Sensibility and specificity of DUS in the diagnosis of carotid stenosis over 70% were, respectively, 91% e 84%. Of the total 31 patients with significant carotid stenosis (70-99%), 23 (74%) underwent subsequent carotid revascularization procedures. DISCUSSION: DUS is an important screening test in our stroke unit, justifying its use as a routine exam for all patients with ischemic stroke/TIAs. Moreover, our results show the relevance of severe carotid disease in a population with acute ischemic stroke/TIAs (16.5%), with a total of 9% of patients being submitted to carotid revascularization procedures.

Método de correspondência para sistemas de visão multi-câmara

Os sistemas de perceção visual são das principais fontes de informação sensorial utilizadas pelos robôs autónomos, para localização e navegação em diferentes meios de operação. O objetivo passa por obter uma grande quantidade de informação sobre o ambiente que a câmara está a visualizar, processar e extrair informação que permita realizar as tarefas de uma forma e ciente. Uma informação em particular que os sistemas de visão podem fornecer, e a informação tridimensional acerca do meio envolvente. Esta informação pode ser adquirida recorrendo a sistemas de visão monoculares ou com múltiplas câmaras. Nestes sistemas a informação tridimensional pode ser obtida recorrendo a técnica de triangulação, tirando partido do conhecimento da posição relativa entre as câmaras. No entanto, para calcular as coordenadas de um ponto tridimensional no referencial da câmara e necessário existir correspondência entre pontos comuns às imagens adquiridas pelo sistema. No caso de más correspondências a informação 3D e obtida de forma incorreta. O problema associado à correspondência de pontos pode ser agravado no caso das câmaras do sistema terem características intrínsecas diferentes nomeadamente: resolução, abertura da lente, distorção. Outros fatores como as orientações e posições das câmaras também podem condicionar a correspondência de pontos. Este trabalho incide sobre problemática de correspondência de pontos existente no processo de cálculo da informação tridimensional. A presente dissertação visa o desenvolvimento de uma abordagem de correspondência de pontos para sistemas de visão no qual é conhecida a posição relativa entre câmaras.

Impacto Ambiental do Processo de Tingimento de uma Indústria de Curtumes e Avaliação do Desempenho da ETAR

Um dos objetivos desta dissertação de mestrado foi avaliar o impacto ambiental do processo de tingimento usado na indústria de curtumes, em termos de volume de efluente produzido e sua carga poluente. Pretendeu-se também encontrar alternativas ao nível do processo de tingimento que levem a uma melhoria na qualidade do efluente produzido. Outro objetivo deste trabalho foi avaliar o funcionamento da ETAR existente na empresa JR Fontes, no que diz respeito aos parâmetros em estudo (carência química de oxigénio - CQO, pH, crómio e teor de sólidos suspensos totais - SST), propondo alterações que permitam respeitar os valores de emissão exigidos na licença de descarga da empresa. Verificou-se que o processo de tingimento aplicado pela empresa JR Fontes é muito poluente, em termos de carga orgânica e matéria em suspensão. Este facto é comprovado pelos resultados obtidos para os três processos estudados: Montana, Galáctico e Navak. Todos os processos apresentam um efluente com pH ácido (aproximado a 3) e valores de CQO superiores a 3550 mg O2/L, sendo o processo Navak aquele que apresenta o valor mais alto para o banho composto, 8362 mg O2/L. Relativamente ao teor de crómio, o banho de recurtume com concentração mais elevada de crómio total é o banho 1 do processo Navak, com 2297 mg/L, sendo que a concentração destes banhos é sempre elevada, igual ou superior a 746 mg/L. No que diz respeito à matéria em suspensão, o processo Navak é novamente o mais poluente, com um valor de 3842 mg SST/L, não sendo obtidos nos outros processos, valores inferiores a 1205 mg SST/L. Na realização de um processo alternativo de tingimento verificou-se que é possível diminuir a carga orgânica do efluente originado. A aplicação de recurtumes sintéticos deu origem a efluentes menos poluentes. O melhor valor obtido para a CQO foi de 1113 mg O2/L, sendo obtidos valores não superiores a 7185 mg O2/L para processos de características semelhantes aos aplicados nesta indústria. Relativamente à ETAR, apesar das restrições ao funcionamento que esta apresenta, no geral pode ser considerada eficiente, embora não consiga atingir o objetivo pretendido de remoção para a CQO, ou seja o valor de 1100 mg O2/L. Nos restantes parâmetros é cumprido o limite de emissão (350 mg SST/L, pH entre 6 e 9 e 2 mg Cr/L para o crómio total): os SST apresentam o valor de 98 mg SST/L, o crómio total de 1,2 mg Cr/L e o pH encontra-se entre 8 e 9. São aqui feitas duas abordagens para solucionar os problemas existentes na ETAR. A primeira considera um ajuste no tratamento e equipamentos existentes, através da reconstrução do tanque de equalização, da substituição do coagulante por sulfato ferroso e da reconstrução do sedimentador, assim como a substituição das tubagens por umas de maior diâmetro, solucionando assim problemas de manutenção de toda a instalação e do incumprimento da legislação. A outra abordagem implica a substituição do sistema de afinação existente, os filtros de areia e carvão ativados, por um sistema de membranas de ultrafiltração ou por dois filtros de carvão ativado. Para tratar um efluente com um valor de CQO de 3000 mg O2/L com o carvão estudado, seriam necessários 132 kg de carvão por coluna, aproveitando-se os equipamentos existentes. No caso das membranas filtrantes, estas são eficazes, reduzindo a CQO em cerca de 70%. Ao contrário do carvão, a aplicação deste sistema implicaria a aquisição de novos equipamentos. Futuramente propõe-se a avaliação dos vários tipos de reagentes usados no tingimento de couro de forma a aplicar no tratamento aqueles que produzam as características desejadas no produto final e a que apresentem um menor resultado de CQO. Propõe-se também o estudo de viabilidade da remoção de crómio dos banhos de recurtume e consequente avaliação da aplicabilidade de um tratamento biológico em substituição ou como complemento do tratamento existente.

A Angiografia no Diagnóstico da Patologia Vascular Cerebral. Indicações Actuais e Controvérsias

The role of cerebral angiography in the diagnosis of cerebrovascular disease is currently being questioned due to both the increasing availability of carotid sonography and the recent introduction of Magnetic Resonance Angiography (MRA). After a technical foreword about the different modalities available today in Cerebral Angiography, we discuss its present indications (Conventional or Digital subtraction by intra-arterial route), in patients with extra and intra cranial atherosclerotic cerebro vascular disease, subarachnoid hemorrhage and arterial aneurysms, in vascular malformations, particularly arterio-venous malformations (AVM's), in occlusive non-atherosclerotic non hypertensive arteriopathies and in occlusive venous pathology. Although it is possible that the future will show us the progressive replacement of the invasive technologies by MRA, at the present stage of Magnetic Resonance development there is still an important role, if not crucial, for catheter angiography in the diagnosis of most of the diseases producing stroke syndromes.

A multi-objective model for scheduling of short-term incentive-based demand response programs offered by electricity retailers

In this paper, we formulate the electricity retailers’ short-term decision-making problem in a liberalized retail market as a multi-objective optimization model. Retailers with light physical assets, such as generation and storage units in the distribution network, are considered. Following advances in smart grid technologies, electricity retailers are becoming able to employ incentive-based demand response (DR) programs in addition to their physical assets to effectively manage the risks of market price and load variations. In this model, the DR scheduling is performed simultaneously with the dispatch of generation and storage units. The ultimate goal is to find the optimal values of the hourly financial incentives offered to the end-users. The proposed model considers the capacity obligations imposed on retailers by the grid operator. The profit seeking retailer also has the objective to minimize the peak demand to avoid the high capacity charges in form of grid tariffs or penalties. The non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II) is used to solve the multi-objective problem. It is a fast and elitist multi-objective evolutionary algorithm. A case study is solved to illustrate the efficient performance of the proposed methodology. Simulation results show the effectiveness of the model for designing the incentive-based DR programs and indicate the efficiency of NSGA-II in solving the retailers’ multi-objective problem.

Prostatic Arterial Supply: Anatomic and Imaging Findings Relevant for Selective Arterial Embolization

PURPOSE: To describe the anatomy and imaging findings of the prostatic arteries (PAs) on multirow-detector pelvic computed tomographic (CT) angiography and digital subtraction angiography (DSA) before embolization for symptomatic benign prostatic hyperplasia (BPH). MATERIALS AND METHODS: In a retrospective study from May 2010 to June 2011, 75 men (150 pelvic sides) underwent pelvic CT angiography and selective pelvic DSA before PA embolization for BPH. Each pelvic side was evaluated regarding the number of independent PAs and their origin, trajectory, termination, and anastomoses with adjacent arteries. RESULTS: A total of 57% of pelvic sides (n = 86) had only one PA, and 43% (n = 64) had two independent PAs identified (mean PA diameter, 1.6 mm ± 0.3). PAs originated from the internal pudendal artery in 34.1% of pelvic sides (n = 73), from a common trunk with the superior vesical artery in 20.1% (n = 43), from the anterior common gluteal-pudendal trunk in 17.8% (n = 38), from the obturator artery in 12.6% (n = 27), and from a common trunk with rectal branches in 8.4% (n = 18). In 57% of pelvic sides (n = 86), anastomoses to adjacent arteries were documented. There were 30 pelvic sides (20%) with accessory pudendal arteries in close relationship with the PAs. No correlations were found between PA diameter and patient age, prostate volume, or prostate-specific antigen values on multivariate analysis with logistic regression. CONCLUSIONS: PAs have highly variable origins between the left and right sides and between patients, and most frequently arise from the internal pudendal artery.

Temporomandibular Joint Ankylosis in an Infant: A Rare Cause of Difficult Airway

1.Pre-assessment data of the patient A 2-year-old boy, weighing 15 kg was admitted with a history of limited mouth opening(inter-incisor distance of 6 mm), hypoplastic and retrognathic mandible (bird face deformity) and facial asymmetry from left temporomandibular joint ankylosis (TMJA). He was born at term, after an uneventful pregnancy, and there was no report of trauma during caesarean section. No other possible aetiologies were identified. He was scheduled for mandibular osteotomy. Preoperative ENT examination revealed adenotonsillar hypertrophy. 2. Anaesthetic Plan A fiberoptic nasal intubation was performed under deep inhalation anaesthesia with sevoflurane, with the patient breathing spontaneously. Midazolam (0.05 mg.kg-1) and alfentanil (0.03 mg.kg-1) were given and anaesthesia was maintained with O2/air and sevoflurane. No neuromuscular blocking agent was administered since the surgical team needed facial nerve monitoring. 3. Description of incident During surgery an accidental extubation occurred and an attempt was made to reintubate the trachea by direct laryngoscopy. Although the osteotomy was nearly completed, the vocal cords could not be visualized (Cormack-Lehane grade IV laryngoscopic view). 4. Solving the problem Re-intubation was finally accomplished with the flexible fiberscope and the procedure was concluded without any more incidents. Extubation was performed 24 hours postoperatively with the patient fully awake. After surgery mouth opening improved to inter-incisor gap of 15 mm. 5. Lessons learned and take home message Two airways issues present in this case can lead to difficultventilation and intubation: TMJA and adenotonsillar hypertrophy. These difficulties were anticipated and managed accordingly. The accidental extubation brought to our attention the fact that, even after surgical correction, this airway remains challenging. Even with intensive jaw stretchingexercises there is a high incidence of re-ankylosis, especially in younger patients. One should bear that in mind when anaesthetizing patients with TMJA.

Algoritmo genético para empacotamento de contentores

No âmbito da investigação operacional o problema de empacotamento de contentores é conhecido por procurar definir uma configuração de carga, de forma a otimizar a utilização de um espaço disponível para efetuar o empacotamento. Este problema pode ser apresentado em diversas formas, formas estas que variam em função das características de cada empacotamento. Estas características podem ser: o tipo de carga que se pretende carregar (homogénea ou heterogénea), a possibilidade de a carga poder sofrer rotações em todas as suas dimensões ou apenas em algumas, o lucro que está associado a cada caixa carregada ou restrições inerentes ao contentor como por exemplo dimensões. O interesse pelo estudo de problemas de empacotamento de contentores tem vindo a receber cada vez mais ênfase por várias razões, uma delas é o interesse financeiro dado que o transporte é uma prática que representa custos, sendo importante diminuir estes custos aproveitando o volume do contentor da melhor forma. Outra preocupação que motiva o estudo deste problema prende-se com fatores ambientes, onde se procura racionalizar os recursos naturais estando esta também ligada a questões financeiras. Na literatura podem ser encontradas varias propostas para solucionar este problema, cada uma destas dirigidas a uma variante do problema, estas propostas podem ser determinísticas ou não determinísticas onde utilizam heurísticas ou metaheurísticas. O estudo realizado nesta dissertação descreve algumas destas propostas, nomeadamente as metaheurísticas que são utilizadas na resolução deste problema. O trabalho aqui apresentado traz também uma nova metaheurísticas, mais precisamente um algoritmo genético que terá como objetivo, apresentar uma configuração de carga para um problema de empacotamento de um contentor. O algoritmo genético tem como objetivo a resolução do seguinte problema: empacotar várias caixas retangulares com diversos tamanhos num contentor. Este problema é conhecido como Bin-Packing. A novidade que este algoritmo genético vai introduzir nas diversas soluções apresentadas até à data, é uma nova forma de criar padrões iniciais, ou seja, é utilizada a heurística HSSI (Heurística de Suavização de Superfícies Irregulares) que tem como objetivo criar uma população inicial de forma a otimizar o algoritmo genético. A heurística HSSI tenta resolver problemas de empacotamento simulando, o comportamento da maioria das pessoas ao fazer este processo na vida real, contudo, tem um campo de busca reduzido entre as soluções possíveis e será então utilizado um algoritmo genético para ampliar este campo de busca e explorar novas soluções. No final pretende-se obter um software onde será possível configurar um dado problema de empacotamento de um contentor e obter, a solução do mesmo através do algoritmo genético. Assim sendo, o estudo realizado tem como principal objetivo contribuir com pesquisas e conclusões, sobre este problema e trazer uma nova proposta de solução para o problema de empacotamento de contentores.

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.

Audição harmónica: importância e estratégias para um desenvolvimento auditivo integral

O presente relatório insere-se no âmbito da unidade curricular de Prática de Ensino Supervisionada. É um trabalho individual de síntese e de reflexão fundamentada sobre o percurso realizado no estágio, e de investigação com vista à resolução de problemas e conhecimento da realidade das práticas educativas do sistema de ensino especializado de música. Deste modo, é definido o quadro contextual sobre a evolução deste sistema de ensino e as complexidades que o têm caraterizado, o desenvolvimento curricular, particularmente o lugar que a disciplina de Formação Musical ocupa no currículo, e o Conservatório de Música de Paredes. Sobre o percurso formativo desempenhado nesta instituição educativa e sobre os dados recolhidos da observação naturalista não participante das aulas de duas turmas do ensino articulado, é elaborada uma reflexão crítica fundamentada, relativamente a todos os processos didáticos e pedagógicos. Complementarmente é apresentado um projeto de investigação qualitativa realizado no âmbito da unidade curricular de Seminário de Investigação em ensino de Música, tendo em vista a contribuição para uma prática pedagógica mais enriquecida, informada e fundamentada. O objeto de estudo está relacionado com a área disciplinar de Formação Musical, sob o tema Audição Harmónica: importância e estratégias para um desenvolvimento auditivo integral. Os objetivos do projeto visam verificar: i) quais os recursos utilizados e as estratégias e metodologias de ensino praticadas nas aulas de Formação Musical para o desenvolvimento da audição harmónica; ii) quais os objetivos e conteúdos contemplados nos programas da mesma disciplina; iii) que atividades são sugeridas em alguns manuais de Formação Musical. Os dados obtidos permitiram verificar que, apesar da importância atribuída à audição harmónica na formação de músicos, esta competência representa uma das maiores dificuldades dos alunos e, no âmbito da Formação Musical, há pouca diversidade de vivências, experiências musicais e outras atividades contextualizadas musicalmente.

Monte Carlo simulations for dosimetric verification in photon and electron beam radiotherapy

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Biomédica

A tradução de texto filosófico

A tradução tem sido tendenciosamente categorizada em dois grupos: a tradução de texto técnico e a tradução de texto literário. Contudo um determinado tipo de texto vem questionar essa separação sistemática: o texto filosófico. Apresentando tanto características de texto literário, devido ao seu estilo discursivo, como características de texto técnico, com uma forte presença de vocabulário técnico e específico, o texto filosófico apresenta-se como um híbrido entre texto literário e texto técnico. O que torna, portanto, este texto diferente das tipologias de tradução geralmente identificadas? Quais serão as implicações da tradução de um texto desse cariz? Quais serão os processos e metodologias subjacentes a essa tradução? A tradução para francês da obra Filosofia do Ritmo Portuguesa de Rodrigo Sobral Cunha, realizada no âmbito de um estágio na Editora e Livraria Portuguesa e Galega Orfeu, teve como principal objectivo responder a todas essas perguntas. Com base numa breve incursão teórica relativa ao texto filosófico, às suas características, à forma como diverge da separação clássica de texto técnico ou literário, sendo uma junção de ambos, e às implicações que essas características têm no processo de tradução, a tradução da obra de Rodrigo Sobral Cunha, em si, permitiu destacar uns processos e metodologias de tradução e de resolução de problemas ligados à mesma, adaptados à especificidade deste tipo de texto.

Constraint-based verification of imperative programs

work presented in the context of the European Master’s program in Computational Logic, as the partial requirement for obtaining Master of Science degree in Computational Logic

Modeling assembly program with constraints. A contribution to WCET problem

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Lógica Computacional