Unmixing hyperspectral data: independent and dependent component analysis

The development of high spatial resolution airborne and spaceborne sensors has improved the capability of ground-based data collection in the fields of agriculture, geography, geology, mineral identification, detection [2, 3], and classification [4–8]. The signal read by the sensor from a given spatial element of resolution and at a given spectral band is a mixing of components originated by the constituent substances, termed endmembers, located at that element of resolution. This chapter addresses hyperspectral unmixing, which is the decomposition of the pixel spectra into a collection of constituent spectra, or spectral signatures, and their corresponding fractional abundances indicating the proportion of each endmember present in the pixel [9, 10]. Depending on the mixing scales at each pixel, the observed mixture is either linear or nonlinear [11, 12]. The linear mixing model holds when the mixing scale is macroscopic [13]. The nonlinear model holds when the mixing scale is microscopic (i.e., intimate mixtures) [14, 15]. The linear model assumes negligible interaction among distinct endmembers [16, 17]. The nonlinear model assumes that incident solar radiation is scattered by the scene through multiple bounces involving several endmembers [18]. Under the linear mixing model and assuming that the number of endmembers and their spectral signatures are known, hyperspectral unmixing is a linear problem, which can be addressed, for example, under the maximum likelihood setup [19], the constrained least-squares approach [20], the spectral signature matching [21], the spectral angle mapper [22], and the subspace projection methods [20, 23, 24]. Orthogonal subspace projection [23] reduces the data dimensionality, suppresses undesired spectral signatures, and detects the presence of a spectral signature of interest. The basic concept is to project each pixel onto a subspace that is orthogonal to the undesired signatures. As shown in Settle [19], the orthogonal subspace projection technique is equivalent to the maximum likelihood estimator. This projection technique was extended by three unconstrained least-squares approaches [24] (signature space orthogonal projection, oblique subspace projection, target signature space orthogonal projection). Other works using maximum a posteriori probability (MAP) framework [25] and projection pursuit [26, 27] have also been applied to hyperspectral data. In most cases the number of endmembers and their signatures are not known. Independent component analysis (ICA) is an unsupervised source separation process that has been applied with success to blind source separation, to feature extraction, and to unsupervised recognition [28, 29]. ICA consists in finding a linear decomposition of observed data yielding statistically independent components. Given that hyperspectral data are, in given circumstances, linear mixtures, ICA comes to mind as a possible tool to unmix this class of data. In fact, the application of ICA to hyperspectral data has been proposed in reference 30, where endmember signatures are treated as sources and the mixing matrix is composed by the abundance fractions, and in references 9, 25, and 31–38, where sources are the abundance fractions of each endmember. In the first approach, we face two problems: (1) The number of samples are limited to the number of channels and (2) the process of pixel selection, playing the role of mixed sources, is not straightforward. In the second approach, ICA is based on the assumption of mutually independent sources, which is not the case of hyperspectral data, since the sum of the abundance fractions is constant, implying dependence among abundances. This dependence compromises ICA applicability to hyperspectral images. In addition, hyperspectral data are immersed in noise, which degrades the ICA performance. IFA [39] was introduced as a method for recovering independent hidden sources from their observed noisy mixtures. IFA implements two steps. First, source densities and noise covariance are estimated from the observed data by maximum likelihood. Second, sources are reconstructed by an optimal nonlinear estimator. Although IFA is a well-suited technique to unmix independent sources under noisy observations, the dependence among abundance fractions in hyperspectral imagery compromises, as in the ICA case, the IFA performance. Considering the linear mixing model, hyperspectral observations are in a simplex whose vertices correspond to the endmembers. Several approaches [40–43] have exploited this geometric feature of hyperspectral mixtures [42]. Minimum volume transform (MVT) algorithm [43] determines the simplex of minimum volume containing the data. The MVT-type approaches are complex from the computational point of view. Usually, these algorithms first find the convex hull defined by the observed data and then fit a minimum volume simplex to it. Aiming at a lower computational complexity, some algorithms such as the vertex component analysis (VCA) [44], the pixel purity index (PPI) [42], and the N-FINDR [45] still find the minimum volume simplex containing the data cloud, but they assume the presence in the data of at least one pure pixel of each endmember. This is a strong requisite that may not hold in some data sets. In any case, these algorithms find the set of most pure pixels in the data. Hyperspectral sensors collects spatial images over many narrow contiguous bands, yielding large amounts of data. For this reason, very often, the processing of hyperspectral data, included unmixing, is preceded by a dimensionality reduction step to reduce computational complexity and to improve the signal-to-noise ratio (SNR). Principal component analysis (PCA) [46], maximum noise fraction (MNF) [47], and singular value decomposition (SVD) [48] are three well-known projection techniques widely used in remote sensing in general and in unmixing in particular. The newly introduced method [49] exploits the structure of hyperspectral mixtures, namely the fact that spectral vectors are nonnegative. The computational complexity associated with these techniques is an obstacle to real-time implementations. To overcome this problem, band selection [50] and non-statistical [51] algorithms have been introduced. This chapter addresses hyperspectral data source dependence and its impact on ICA and IFA performances. The study consider simulated and real data and is based on mutual information minimization. Hyperspectral observations are described by a generative model. This model takes into account the degradation mechanisms normally found in hyperspectral applications—namely, signature variability [52–54], abundance constraints, topography modulation, and system noise. The computation of mutual information is based on fitting mixtures of Gaussians (MOG) to data. The MOG parameters (number of components, means, covariances, and weights) are inferred using the minimum description length (MDL) based algorithm [55]. We study the behavior of the mutual information as a function of the unmixing matrix. The conclusion is that the unmixing matrix minimizing the mutual information might be very far from the true one. Nevertheless, some abundance fractions might be well separated, mainly in the presence of strong signature variability, a large number of endmembers, and high SNR. We end this chapter by sketching a new methodology to blindly unmix hyperspectral data, where abundance fractions are modeled as a mixture of Dirichlet sources. This model enforces positivity and constant sum sources (full additivity) constraints. The mixing matrix is inferred by an expectation-maximization (EM)-type algorithm. This approach is in the vein of references 39 and 56, replacing independent sources represented by MOG with mixture of Dirichlet sources. Compared with the geometric-based approaches, the advantage of this model is that there is no need to have pure pixels in the observations. The chapter is organized as follows. Section 6.2 presents a spectral radiance model and formulates the spectral unmixing as a linear problem accounting for abundance constraints, signature variability, topography modulation, and system noise. Section 6.3 presents a brief resume of ICA and IFA algorithms. Section 6.4 illustrates the performance of IFA and of some well-known ICA algorithms with experimental data. Section 6.5 studies the ICA and IFA limitations in unmixing hyperspectral data. Section 6.6 presents results of ICA based on real data. Section 6.7 describes the new blind unmixing scheme and some illustrative examples. Section 6.8 concludes with some remarks.

Vascularização do útero: estudo morfológico e experimental

RESUMO Os trabalhos de investigação, conducentes à elaboração do presente estudo morfofuncional, subordinado ao tema da "VASCULARIZAÇÃO ARTERIAL DO ÚTERO",fundamenta-se em conceitos da anatomia descritiva clássica, complementados por técnicas de estudo mais modernas, permitindo-nos observações originais. O principal objectivo é de definir um padrão descritivo da vascularização uterina e de estabelecer uma correlação anatomo-fisiológica e anatomo-clínica na descrição da angiomorfologia uterina, actualizando as descrições clássicas da artéria com dados de observação originais, segundo as técnicas de estudo angiomorfológicas correntemente empregues no Departamento de Anatomia da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade Nova de Lisboa. Correlacionam-se as observações com os mais recentes dados publicados, no âmbito da imuno-histoquímica e da moderna bioquímica endocrinológica, uma vez que os conceitos modernos de fisiologia uterina e ginecológica praticamente dominam a vasta literatura científica mundial. Como objectivos particulares, ou linhas orientadoras da tese, escolhemos: - A definição de parâmetros descritivos do padrão genérico da vascularização uterina, actualizando a nomenclatura descritiva de acordo com a moderna Nomina Anatomica mundialmente debatida, desde o XIV Congresso Internacional da Federação Internacional das Associações de Anatomistas, sob a presidência do Prof. Doutor J.A. Esperança Pina (1994) e publicada em 1999-2001. - A comparação do caso humano com o do animal de experiência, por observação meticulosa do maior número de casos possíveis, realizando um estudo comparativo que nos permita extrapolar dados de experimentação animal para o caso humano; - O estabelecimento de uma correlação anatomo-fisiológica, por análise do comportamento da vascularização uterina, ao longo da vida, desde o nascimento até à menopausa, e perante as influências hormonais a que se encontra exposta. A tese constrói-se em torno de três núcleos fundamentais: 1. Um capítulo introdutório, de contextualização teórica, por enquadramento histórico dos estudos dos órgãos genitais femininos e da evolução das técnicas de diagnóstico e terapêutica do útero, focando as primeiras referências à técnica da histerotomia (Cesariana) (com a lenda persa do nascimento do herói Rostam, ou do nascimento do deus Asclepius), as primeiras representações da vascularização uterina (por LEONARDO e iii VESÁLIO), ou as primeiras descrições anatómicas do útero, da autoria de Portugueses (RODRIGO DE CASTRO, 1516 e AMATO LUSITANO, 1551). Prossegue a contextualização teórica com breve referência à recente evolução das técnicas de diagnóstico e terapêutica dos fibromiomas uterinos, mencionando de modo particular a evolução das técnicas de embolização arterial uterina, por nos parecer corresponder a um campo de aplicação imediata dos estudos da vascularização do útero. Termina este capítulo com breve referência aos trabalhos do Prof. Doutor J. MARTINS PISCO que tem actualmente, no nosso País uma das mais extensas listas de trabalhos efectuados com sucesso a nível mundial, no campo da embolização arterial de fibromiomas uterinos. 2. O segundo núcleo fundamental, intitulado "Angiomorfologia uterina" corresponde a extensa revisão bibliográfica dos estudos descritivos da vascularização uterina, desde logo ilustrando a resenha teórica com algumas imagens fotográficas de úteros humanos, seleccionadas da nossa colecção. A descrição da vascularização uterina, fundamentada em 1500 citações bibliográficas, organiza-se, de acordo com o paralelismo entre a estratificação histológica e angiológica do órgão, e a hierarquia funcional, regulada pelas cíclicas variações hormonais. Descreve-se a camada serosa e correspondente vascularização; a camada muscular e vascularização do miométrio; e, por fim, a camada mucosa e os vasos endometriais. Verifica-se, perante os dados colhidos da literatura mundial, o interesse do aprofundamento dos estudos morfológicos da microvascularização endometrial e da adaptação das descrições aos resultados dos modernos estudos funcionais obtidos por técnicas da imuno-histoquímica. 3. Fundamentados nos dados colhidos das revisões bibliográficas, elaborámos um projecto de investigação original, visando o estabelecimento da relação morfo-funcional resultante do aprofundamento dos estudos descritivos da angiomorfologia e da microvascularização do útero. O capítulo de trabalho experimental organiza-se em três principais passos: – No capítulo de Materiais e métodos, procede-se à escolha, por um lado do animal de experiência mais adequado para os estudos da vascularização uterina (por estudo comparativo ao longo da escala animal) e, por outro lado, à escolha de três das técnicas disponíveis no Laboratório de Anatomia Experimental e aplicáveis à investigação angiomorfológica do útero; iv - No capítulo de Resultados, procedemos à exposição das nossas observações de 25 úteros humanos e de 154 úteros de animais de experiência, segundo as três técnicas seleccionadas (dissecção, Injecção-corrosão-fluorescência, Injecção-diafanização e injecção-corrosão paraobservação de moldes vasculares em microscopia electrónica de varrimento), organizando aselecção da vasta iconografia coleccionada em três novos subcapítulos: o útero humano, oútero do animal de experiência e um estudo comparativo, essencial para validar osresultados do trabalho experimental. - O capítulo de trabalho experimental, inteiramente efectuado por estudos na artéria uterina do rato Wistar, abrange primeiramente a tentativa de definição macroscópica de territórios de vascularização, seguido das observações microscópicas conducentes à definição dos parâmetros angiomorfológicos característicos de cada uma das etapas da grande variabilidade a que se sujeita a vascularização uterina, ao longo da vida, incluindo a infância, a gravidez, a paridade e o envelhecimento, e consoante as fases do ciclo hormonal ovárico. Aperfeiçoámos essa tarefa com a elaboração de três experiências distintas, para análise dos efeitos microvasculares uterinos da administração exógena de preparados comerciais hormonais, por observação em microscopia electrónica de varrimento. De acordo com as leituras da literatura clássica sobre a metodologia do trabalho científico, completamos os trabalhos por um capítulo de síntese e critica dos resultados, sequencialmente organizado consoante cada um dos passos experimentais atrás referidos. SUMMARY The aim of the present thesis is the description of the uterine arterial network, complementing the classical concepts of descriptive Anatomy with modern techniques of anatomical research, thus achieving original final results and observations. One of the main objectives of the research is to establish physiological and clinical correlations in the description of the uterine angiomorphology, with the techniques currently available for angiomorphological research in the Department of Anatomy of Faculty of Medical Sciences of the New University of Lisbon. As guidelines to our research, we established the following specific objectives: - defining the descriptive parameters of the standard pattern of the uterine vasculature, according to the modern Nomina Anatomica, as underlined in the latest Federative Congresses of the International Federation of the Associations of Anatomists, one of which took place in Lisbon, in 1994, under the presidency of Professor J.A. Esperança Pina, the supervisor of the present works; - comparing the human uterus with the uterus of the experimental animal, to extrapolate the experimental observations in animals to the particular case of the human uterus; - establishing a correlation between the physiology and the anatomical observations of the uterine vasculature throughout life, from childhood to menopause and in relation to the hormonal influences to which the uterus is exposed. The thesis is built around three main chapters: 1) The introduction chapter defines the historical framework of the studies of the female genital anatomy and the historical evolution of the clinical management of common uterine diseases, focusing on the first historical references to the Caesarean section (such as the Persian legend of the birth of the hero ROSTAM, or that of the birth of ASCLEPIUS, the Greek god of Medicine); the first depictions of the uterine vasculature (by LEONARDO and VESALIUS) or the first anatomical descriptions of the uterus, by Portuguese authors (RODRIGO DE CASTRO, 1517, or AMATUS LUSITANUS, 1551). The theoretical context proceeds, with reference to the recent evolution of the clinical and surgical management of uterine fibroids, and a particular mention to the modern techniques of Uterine Fibroid Embolisation, which corresponds to one of the fields of interest of the anatomic studies of uterine arterial vascularization. 2) The second chapter, devoted to the anatomical description of the Uterine Angiomorphology, is based on an extensive review of the available Medical literature,illustrated by a selection of our own research observations of the human uterine vasculature. The description is organized in view of the parallelism between histological and angiological stratification and the functional hierarchy, under the control of the cyclic hormonal variations. Each layer of the uterine wall is depicted with photographs of the human uterus and descriptions of its specific vascular network: the serosa, the muscular Myometrium, and the mucosa, or endometrium. This classical description, based on extensive quotations of the international scientific literature, enhances our interest for the research of a more detailed knowledge of the endometrial microvascular network, accordingly to the modern physiologic results obtained through immunohistochemical studies. 3) The results of our experimental research, aiming to establish the intimate relationship between the anatomical and functional studies of uterine vasculature, are organized in three main steps: - The chapter of Materials and Methods debates the choice of the experimental animal, based on a short review of the comparative anatomy of the uterus, and uterine physiology, throughout the animal scale. The selection of three fundamental techniques of anatomic research is made from the current variety available in the Laboratory of Experimental Anatomy of the Lisbon School of Medical Sciences. - The Results of our personal research and observations of 25 human and 154 animal uteri,after dissection, and the techniques of arterial injection for the preparation of fluorescent corrosion casts, of vascular injection and clearing, and of arterial injection and preparation of corrosion casts for Scanning Electron Microscopy are rganized in terms of human or animal macroscopic anatomy and microvascular network, followed by a summary of the comparative anatomy of human and rat uteri, which is essential to validate the resultant experimental observations of the rat endometrial microvasculature. - The experimental research is entirely devoted to the uterine artery of the Wistar rat. The first step consists of the attempt to define macroscopic territories of vascularization, followed by microscopic observations for the definition of the angiomorphological pattern that is characteristic of each stage of the extreme variations to which the uterus is subject throughout life, from childhood to sexual maturity, throughout the hormonal cycle, in pregnancy, according to parity, and through ageing. We complete these observations with the experimental exposure of the Wistar rat uterus to pharmacologic preparations of hormones, currently available in clinical practice, and observations of the vascular uterine changes in Scanning Electron Microscopy. The outcome results of our anatomical observations are followed by a critical synthesis of the results.

Viscosity and self-diffusion coefficients of dialkyl adipates: a correlation scheme with predictive capabilities

A correlation and predictive scheme for the viscosity and self-diffusivity of liquid dialkyl adipates is presented. The scheme is based on the kinetic theory for dense hard-sphere fluids, applied to the van der Waals model of a liquid to predict the transport properties. A "universal" curve for a dimensionless viscosity of dialkyl adipates was obtained using recently published experimental viscosity and density data of compressed liquid dimethyl (DMA), dipropyl (DPA), and dibutyl (DBA) adipates. The experimental data are described by the correlation scheme with a root-mean-square deviation of +/- 0.34 %. The parameters describing the temperature dependence of the characteristic volume, V-0, and the roughness parameter, R-eta, for each adipate are well correlated with one single molecular parameter. Recently published experimental self-diffusion coefficients of the same set of liquid dialkyl adipates at atmospheric pressure were correlated using the characteristic volumes obtained from the viscosity data. The roughness factors, R-D, are well correlated with the same single molecular parameter found for viscosity. The root-mean-square deviation of the data from the correlation is less than 1.07 %. Tests are presented in order to assess the capability of the correlation scheme to estimate the viscosity of compressed liquid diethyl adipate (DEA) in a range of temperatures and pressures by comparison with literature data and of its self-diffusivity at atmospheric pressure in a range of temperatures. It is noteworthy that no data for DEA were used to build the correlation scheme. The deviations encountered between predicted and experimental data for the viscosity and self-diffusivity do not exceed 2.0 % and 2.2 %, respectively, which are commensurate with the estimated experimental measurement uncertainty, in both cases.

Uma aplicação Web para apoio a laboratórios remotos reconfiguráveis baseados na norma IEEE 1451.0

Nos últimos anos, o processo de ensino e aprendizagem tem sofrido significativas alterações graças ao aparecimento da Internet. Novas ferramentas para apoio ao ensino têm surgido, nas quais se destacam os laboratórios remotos. Atualmente, muitas instituições de ensino disponibilizam laboratórios remotos nos seus cursos, que permitem, a professores e alunos, a realização de experiências reais através da Internet. Estes são implementados por diferentes arquiteturas e infraestruturas, suportados por vários módulos de laboratório acessíveis remotamente (e.g. instrumentos de medição). No entanto, a sua inclusão no ensino é ainda deficitária, devido: i) à falta de meios e competências técnicas das instituições de ensino para os desenvolverem, ii) à dificuldade na partilha dos módulos de laboratório por diferentes infraestruturas e, iii) à reduzida capacidade de os reconfigurar com esses módulos. Para ultrapassar estas limitações, foi idealizado e desenvolvido no âmbito de um trabalho de doutoramento [1] um protótipo, cuja arquitetura é baseada na norma IEEE 1451.0 e na tecnologia de FPGAs. Para além de garantir o desenvolvimento e o acesso de forma normalizada a um laboratório remoto, este protótipo promove ainda a partilha de módulos de laboratório por diferentes infraestruturas. Nesse trabalho explorou-se a capacidade de reconfiguração de FPGAs para embutir na infraestrutura do laboratório vários módulos, todos descritos em ficheiros, utilizando linguagens de descrição de hardware estruturados de acordo com a norma IEEE 1451.0. A definição desses módulos obriga à criação de estruturas de dados binárias (Transducer Electronic Data Sheets, TEDSs), bem como de outros ficheiros que possibilitam a sua interligação com a infraestrutura do laboratório. No entanto, a criação destes ficheiros é bastante complexa, uma vez que exige a realização de vários cálculos e conversões. Tendo em consideração essa mesma complexidade, esta dissertação descreve o desenvolvimento de uma aplicação Web para leitura e escrita dos TEDSs. Para além de um estudo sobre os laboratórios remotos, é efetuada uma descrição da norma IEEE 1451.0, com particular atenção para a sua arquitetura e para a estrutura dos diferentes TEDSs. Com o objetivo de enquadrar a aplicação desenvolvida, efetua-se ainda uma breve apresentação de um protótipo de um laboratório remoto reconfigurável, cuja reconfiguração é apoiada por esta aplicação. Por fim, é descrita a verificação da aplicação Web, de forma a tirar conclusões sobre o seu contributo para a simplificação dessa reconfiguração.

A middleware for service oriented computing in dynamic environments

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Gestão Inteligente de uma Habitação considerando o Controlo de Cargas, de Microgeração e Veículos Elétricos em Função do seu Perfil de Utilização

Os consumidores finais são vistos, no novo paradigma da operação das redes elétricas, como intervenientes ativos com capacidade para gerir os seus recursos energéticos, nomeadamente as cargas, as unidades de produção, os veículos elétricos e a participação em eventos de Demand Response. Tem sido evidente um aumento do consumo de energia, sendo que o setor residencial representa uma importante parte do consumo global dos países desenvolvidos. Para que a participação ativa dos consumidores seja possível, várias abordagens têm vindo a ser propostas, com ênfase nas Smart Grids e nas Microgrids. Diversos sistemas têm sido propostos e desenvolvidos com o intuito de tornar a operação dos sistemas elétricos mais flexível. Neste contexto, os sistemas de gestão de instalações domésticas apresentam-se como um elemento fulcral para a participação ativa dos consumidores na gestão energética, permitindo aos operadores de sistema coordenarem a produção mas também a procura. No entanto, é importante identificar as vantagens da implementação e uso de sistemas de gestão de energia elétrica para os consumidores finais. Nesta dissertação são propostas metodologias de apoio ao consumidor doméstico na gestão dos recursos energéticos existentes e a implementação das mesmas na plataforma de simulação de um sistema de gestão de energia desenvolvido para consumidores domésticos, o SCADA House Intelligent Management (SHIM). Para tal, foi desenvolvida uma interface que permite a simulação em laboratório do sistema de gestão desenvolvido. Adicionalmente, o SHIM foi incluído no simulador Multi-Agent Smart Grid Simulation Plataform (MASGriP) permitindo a simulação de cenários considerando diferentes agentes. Ao nível das metodologias desenvolvidas são propostos diferentes algoritmos de gestão dos recursos energéticos existentes numa habitação, considerando utilizadores com diferentes tipos de recursos (cargas; cargas e veículos elétricos; cargas, veículos elétricos e microgeração). Adicionalmente é proposto um método de gestão dinâmica das cargas para eventos de Demand Response de longa duração, considerando as características técnicas dos equipamentos. Nesta dissertação são apresentados cinco casos de estudos em que cada um deles tem diferentes cenários de simulação. Estes casos de estudos são importantes para verificar a viabilidade da implementação das metodologias propostas para o SHIM. Adicionalmente são apresentados na dissertação perfis reais dos vários recursos energéticos e de consumidores domésticos que são, posteriormente, utilizados para o desenvolvimento dos casos de estudo e aplicação das metodologias.

Estrutura metálica do teto falso da sala de comando da central Venda Nova III – acompanhamento da conceção, fabrico e montagem

O primeiro objetivo deste relatório, que adiante se desenvolve, é apresentar o trabalho realizado para a obtenção de conhecimentos que justifiquem a atribuição do grau de mestre em engenharia, no ramo das construções. O estágio, que a este trabalho dá sustentação, foi feito na empresa Metaloviana, onde foi possível acompanhar as várias fases de conceção, fabrico e montagem de um teto falso, designadamente na sala de comando da central Venda Nova III, de aproveitamento hidroelétrico. Tendo Portugal objetivos cada vez mais ambiciosos na utilização de energias renováveis, aproveitando, entre outros, os recursos hídricos para a produção de eletricidade, a EDP Produção fez estudos onde verificou que a realização de reforços de potência em aproveitamento já existentes, seria uma forma economicamente bastante atrativa e ao mesmo tempo responderia às crescentes solicitações energéticas. É neste âmbito que se insere o Reforço de Potência em Venda Nova III. A empresa Metaloviana, com instalações fabris em Viana do Castelo, tem todo um historial e capacidade, reconhecida nacional e internacionalmente. Este, confere a certeza de ter acompanhado um trabalho de ponta, devidamente creditado e fundamentado numa qualidade e mérito, por demais reconhecido.

O doente com patologia múltipla em medicina geral e familiar: comorbilidade de 4 doenças crónicas

RESUMO: A tese de doutoramento visa demonstrar duas proposições: a comorbilidade de 4 situações de doença prevalentes, hipertensão arterial (HTA), diabetes (DM), doença cardíaca isquémica (DCI) e asma é um assunto importante em Medicina Geral e Familiar e o seu estudo tem diversas implicações na forma como os cuidados de saúde são prestados, na sua organização e no ensino-aprendizagem da disciplina. O documento encontra-se dividido em 4 partes: 1) justificação do interesse do tema e finalidades da dissertação; 2) revisão sistemática de literatura publicada entre 1992 e 2002; 3) apresentação de dois trabalhos de investigação, descritivos e exploratórios que se debruçam sobre a mesma população de estudo, o primeiro intitulado “Comorbilidade de quatro doenças crónicas e sua relação com factores sócio demográficos” e o segundo, “Diferenças entre doentes, por médico e por sub-região, na comorbilidade de 4 doenças crónicas”; 4) conclusões e implicações dos resultados dos estudos na gestão da prática clínica, nos serviços, no ensino da disciplina da MGF e no desenvolvimento posterior de uma linha de investigação nesta área. O primeiro estudo tem como objectivos: descrever a prevalência da comorbilidade entre as 4 doenças-índice; verificar se existe relação entre o tempo da primeira doença e o tempo decorrido até ao aparecimento da 2ª e da 3ª doença, nas 4 doenças; determinar a comorbilidade associada às 4 doenças; identificar eventuais agrupamentos de doenças e verificar se existe relação entre comorbilidade e factores sociais e demográficos. O segundo estudo pretende verificar se existem diferenças na comorbilidade a nível local, por médico, e por Sub-Região de Saúde. O trabalho empírico é descritivo e exploratório. A população é constituída pelos doentes, com pelo menos uma das 4 doenças crónicas índice, das listas de utentes de 12 Médicos de Família a trabalharem em Centros de Saúde urbanos, suburbanos e rurais dos distritos de Lisboa e Beja. Os dados foram colhidos durante um ano através dos registos médicos. As variáveis sócio demográficas estudadas são: sexo, idade, etnia/raça, escolaridade, situação profissional, estado civil, tipo de família, funcionalidade familiar, condições de habitação. A comorbilidade é definida pela presença de duas ou mais doenças e estudada pelo número de doenças coexistentes. O tempo de duração da doença é definido como o número de anos decorridos entre o ano de diagnóstico e 2003. Os problemas de saúde crónicos são classificados pela ICPC2. Nas comparações efectuadas aplicaram-se os testes de Mann-Whitney e de Friedman, de homogeneidade e de análise de resíduos. A Análise Classificatória Hierárquica foi utilizada para determinar o agrupamento de doenças e a Análise de Regressão Categórica e Análise de Correspondências na relação entre as características sócio demográficas e a comorbilidade. Identificaram-se 3998 doentes. A idade média é de 64,3 anos (DP=15,70). Há uma correlação positiva significativa (r =0,350 r=0) entre “anos com a primeira doença”e “idade dos doentes” em todos os indivíduos (homens r=0,129 mulheres r=0,231). A comorbilidade entre as quatro doenças crónicas índice está presente em 1/3 da população. As associações mais prevalentes são HTA+DM (14,3%) e HTA+DCI (6,25%). Existe correlação positiva, expressiva, entre a duração da primeira doença, quando esta é a HTA ou a DM, e o intervalo de tempo até ao aparecimento da 2ª e da 3ª doenças. Identificaram-se 18 655 problemas crónicos de saúde que se traduziram em 244 códigos da ICPC2. O número médio de problemas foi de 5,94 (DP=3,04). A idade, a actividade profissional, a funcionalidade familiar e a escolaridade foram as variáveis que mais contribuíram para diferenciar os indivíduos quanto à comorbilidade. Foram encontradas diferenças significativas entre médicos(c2=1165,368 r=0) e entre os agrupamentos de doentes por Sub-Região de Saúde (c2= 157,108 r=0) no respeitante à comorbilidade. Na partição por Lisboa o número médio de problemas é de 6,45 e em Beja de 5,35. Deste trabalho ressaltam várias consequências para os profissionais, para os serviços, para o ensino e para a procura de mais saber nesta área. Os médicos, numa gestão eficiente de cuidados são chamados a desempenhar um papel de gestores da complexidade e de coordenadores assim como a trabalhar num modelo organizativo apoiado numa colaboração em equipa. Por sua vez os serviços de saúde têm que desenvolver medidas de avaliação de cuidados que integrem a comorbilidade como medida de risco. O contexto social da cronicidade e da comorbilidade deverá ser incluído como área de ensino. A concluir analisa-se o impacto do estudo nos colaboradores e o possível desenvolvimento da investigação nesta área.----------------------------------------ABSTRACT: The PhD Thesis has two propositions, co-morbidity of four chronic conditions (hypertension, asthma, diabetes, cardiac ischaemic disease) is a prevalent and complex issue and its study has several implications in the way care is provided and organised as well as in the learning and teaching of the discipline of General Practice. In the first part of the document arguments of different nature are given in order to sustain the dissertation aims; the second part describes a systematic study of literature review from 1992 to 2002; the third presents two research studies "Comorbidity of four chronic diseases and its relation with socio demographic factors” and “Differences between patients among GPs at local and regional level”; implications of study results for practice management, teaching and research are presented in the last part. The prevalence of the four chronic diseases co-morbidity, the relation of the first disease duration with the time of diagnose of the next index condition, the burden of co-morbidity in the four chronic diseases, the clustering of those diseases, the relation between demographic and social characteristics and co-morbidity, are the objectives of the first study. The second intends to verify differences in comorbidity between patients at local and regional level of practice. Research studies were descriptive and exploratory. The population under study were patients enlisted in 12 GPs working in urban and rural health centres, in Lisbon and Beja districts, with at least one of the four mentioned diseases. Data were collected through medical records during one year (2003) and 3998 patients were identified. The social demographic variables were: sex, age, ethnicity/race, education, profession, marriage status, family status, family functionality, home living conditions. Co-morbidity is defined by the presence of two or more diseases, and studied by the number of co-existing diseases. The time duration of the disease is defined by the number of years between the diagnostic year and 2003. The chronic disease problems are classified in accord with ICPC2. The characterization of population is descriptive. The effected comparisons applied the Mann-Whitney, Friedman, homogeneity and analysis of residuals tests. The Classificatory Hierarchy Analysis was utilized to determine the grouping of diseases and the Regression Categorization and Correspondences Analysis was used to study the relation of socio-demographic and co-morbidity. The median age of the population under study is 64,3 (SD= 15,70). There is a significant positive correlation (r =0,350 r=0)between “years with the first disease” and “patient age” for all individuals (men r=0,129 women r=0,231). Co-morbidity of the four index diseases is present in 1/3 of the studied population. The most prevalent associations for the four diseases are HTA+DM (14,03%) and HTA+IHD (6,25%). Expressive positive correlation between the duration of the first disease and the second and the third index disease interval is found. For the 3988 patients, 18 655 chronic health problems, translated in 244 ICPC2 codes, were identified. The mean number of problems is 5,94 (SD=3,04). Age, professional activity, family functionality and education level are the socio demographic characteristics that most contribute to differentiate individuals concerning the overall co-morbidity. Significant differences in co-morbidity between GP patients at local (c2=1165,368 r=0) and regional level (c2= 157,108 r=0) are found. This study has several consequences for professionals, for services, for the teaching and learning of General Practice and for the pursuit of knowledge in this area. New competences and performances have to be implemented. General Practitioners, assuming a role of co-ordination, have to perform the role of complexity managers in patient's care, working in practices supported by a strong team in collaboration with other specialists. In order to assess provided care, services have to develop tools where co-morbidity is included as a risk measure. The social context of comorbidity and chronicity has to be included in the curricula of General Practice learning and teaching areas. The dissertation ends describing the added value to participant's performance for their participation in the research and an agenda for further research, in this area, based on a community of practice.--------RÉSUMÉ:Cette thèse de doctorat prétend démontrer deux postulats : le premier, que la comorbidité de quatre maladies fréquentes, hypertension artérielle (HTA), diabète (DM), maladie cardiaque ischémique (DCI) et asthme, est un thème important en Médecine Générale et Familiale et que son étude a plusieurs implications au niveau de l'approche pour dispenser les soins, de leur organisation et de l'enseignement/apprentissage de la discipline. Le document comprend quatre parties distinctes : 1) justification de l'intérêt du sujet et objectifs de la dissertation ; 2) étude systématique de publications éditées entre 1992 et 2002 ; 3) présentation de deux travaux de recherche, descriptifs et exploratoires, un premier intitulée « Comorbidité de quatre maladies chroniques et leur relation avec des facteurs sociodémographiques » et un deuxième « Différences entre malades, selon le médecin et la sous région, dans la comorbilité de quatre maladies chroniques» ; 4) conclusions et conséquences des résultats des études dans la gestion de la pratique clinique, dans les services, dans l'enseignement de la discipline de MGF et dans le développement postérieur de la recherche dans ce domaine. Les objectifs de la première étude sont les suivants : décrire la prévalence de la comorbidité entre les quatre maladies chroniques, vérifier s'il existe une relation entre temps de durée de la première maladie et l'espace de temps jusqu'à le diagnostic de la 2ème ou 3ème maladie; déterminer la comorbidité entre les 4 maladies ; identifier d'éventuelles groupements de maladies et vérifier s'il existe une relation entre comorbidité et facteurs sociodémographiques. La deuxième étude prétend vérifier s'il existe des différences de comorbidité entre médecins et par groupement régional. Le travail empirique est descriptif et exploratoire. La population est composée des malades ayant au moins une des quatre maladies chroniques parmi les listes de malades de douze Médecins de Famille qui travaillent dans des Centres de Santé urbains, suburbains et ruraux (Districts de Lisbonne et Beja). Les données ont été extraites pendant l'année 2003 des registres des médecins. Les variables sociodémographiques étudiées sont : le sexe, l'âge, l'ethnie/race, la scolarité, la situation professionnelle, l'état civil, le type de famille, sa fonctionnalité, les conditions de logement. La comorbidité est définie lorsqu'il existe deux ou plusieurs maladies et est étudiée d'après le nombre de maladies coexistantes. La durée de la maladie est établie en comptant le nombre d'années écoulées entre le diagnostique et 2003. Les problèmes de santé chroniques sont classés par l'ICPC 2. Pour les comparaisons les tests de Mann-Whitney et Friedman, de homogénéité et analyse de résidues ont été appliqués. L'Analyse de Classification Hiérarchique a été utilisée pour procéder au regroupement des maladies et l'Analyse de Régression Catégorique et l'Analyse de Correspondances pour étudier la relation entre les caractéristiques sociodémographiques et la comorbilité. Les principaux résultats sont les suivants : les 3998 malades identifiés ont 64,3 ans d'âge moyen (DP=15,70). Il existe une corrélation positive significative (r =0,350 r=0) entre « les années avec la première maladie » et « l'âge des malades », chez tous les individus (hommes r=0,129 femmes r=0,231). La comorbidité entre les quatre maladies chroniques est une réalité chez 1/3 des patients. Les associations les plus fréquentes sont HTA+DM (14%) et HTA+DCI (6,25%). Il existe une corrélation positive significative entre la durée de la première maladie, HTA ou DM, et l'écart jusqu'à l'apparition de la deuxième et de la troisième maladie. Chez les malades, 18.655 problèmes chroniques de santé ont été identifiés et traduits en 244 codes de l'ICPC2. La moyenne des problèmes a été de 5,94 (DP=3,04). L'âge, l'activité professionnelle, la fonctionnalité familiale et la scolarité sont les variables qui ont le plus contribué à différencier les individus face à la comorbilité. Des différences notoires ont été trouvées entre médecins (c2=1165,368 r=0) et entre les groupements régionaux (c2=157,108 r=0) en ce qui concerne la comorbidité. Dans le groupe de patients de Lisbonne, le chiffre moyen de problèmes est de 6,45 et à Beja il est de 5,35. Cette étude met en évidence plusieurs conséquences pour les professionnels, les services, l'enseignement et l'élargissement du savoir dans ce domaine. Les médecins, soucieux de gérer efficacement les soins sont appelés à jouer un rôle de gestionnaires de la complexité et de coordinateurs, de même qu'à travailler dans un modèle d'organisation soutenus par un travail d'équipe. D'autre part, les services de santé doivent eux aussi développer des mesures d'évaluation des soins qui intègrent la comorbidité comme mesure de risque. Le contexte social de la chronicité et de la comorbidité devra être inclus comme domaines à étudier. La fin de cette thèse décrit l'impact de cette étude sur les collaborateurs et le développement futur de la recherche dans ce domaine.

Modelo de seleção de fornecedores baseado em dados reais – plataforma informática e dados de suporte ao modelo

Atualmente, as estratégias que as empresas optam por seguir para a maximização de recursos materiais e humanos, podem representar a diferença entre o sucesso e o fracasso. A seleção de fornecedores é um fator bastante crítico para o desempenho da empresa compradora, sendo por vezes necessária a resolução de problemas que apresentam um elevado grau de complexidade. A escolha dos métodos a ser utilizados e a eleição dos critérios mais relevantes foi feito com base no estudo de diversos autores e nas repostas obtidas a um inquérito online difundido por uma amostra de empresas portuguesas, criado especificamente para compreender quais os fatores que mais peso tinham nas decisões de escolha de parceiros. Além disso, os resultados adquiridos desta forma foram utilizados para conceder mais precisão às ponderações efetuadas na ferramenta de seleção, na escolha dos melhores fornecedores introduzidos pelos utilizadores da mesma. Muitos estudos literários propõem o uso de métodos para simplificar a tarefa de seleção de fornecedores. Esta dissertação aplica o estudo realizado nos métodos de seleção, nomeadamente o Simple Multi-Attribute Rating Technique (SMART) e Analytic Hierarchy Process (AHP), necessários para o desenvolvimento de uma ferramenta de software online que permitia, a qualquer empresa nacional, obter uma classificação para os seus fornecedores perante um conjunto de critérios e subcritérios.

Virtual Power Players Internal Negotiation and Management in MASCEM

Electricity Markets are not only a new reality but an evolving one as the involved players and rules change at a relatively high rate. Multi-agent simulation combined with Artificial Intelligence techniques may result in very helpful sophisticated tools. This paper presents a new methodology for the management of coalitions in electricity markets. This approach is tested using the multi-agent market simulator MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets), taking advantage of its ability to provide the means to model and simulate Virtual Power Players (VPP). VPPs are represented as coalitions of agents, with the capability of negotiating both in the market and internally, with their members in order to combine and manage their individual specific characteristics and goals, with the strategy and objectives of the VPP itself. A case study using real data from the Iberian Electricity Market is performed to validate and illustrate the proposed approach.

Elspot: Nord Pool Spot Integration in MASCEM Electricity Market Simulator

The energy sector in industrialized countries has been restructured in the last years, with the purpose of decreasing electricity prices through the increase in competition, and facilitating the integration of distributed energy resources. However, the restructuring process increased the complexity in market players' interactions and generated emerging problems and new issues to be addressed. In order to provide players with competitive advantage in the market, decision support tools that facilitate the study and understanding of these markets become extremely useful. In this context arises MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets), a multi-agent based simulator that models real electricity markets. To reinforce MASCEM with the capability of recreating the electricity markets reality in the fullest possible extent, it is crucial to make it able to simulate as many market models and player types as possible. This paper presents a new negotiation model implemented in MASCEM based on the negotiation model used in day-ahead market (Elspot) of Nord Pool. This is a key module to study competitive electricity markets, as it presents well defined and distinct characteristics from the already implemented markets, and it is a reference electricity market in Europe (the one with the larger amount of traded power).

Application-Specific Modified Particle Swarm Optimization for energy resource scheduling considering vehicle-to-grid

This paper presents a modified Particle Swarm Optimization (PSO) methodology to solve the problem of energy resources management with high penetration of distributed generation and Electric Vehicles (EVs) with gridable capability (V2G). The objective of the day-ahead scheduling problem in this work is to minimize operation costs, namely energy costs, regarding the management of these resources in the smart grid context. The modifications applied to the PSO aimed to improve its adequacy to solve the mentioned problem. The proposed Application Specific Modified Particle Swarm Optimization (ASMPSO) includes an intelligent mechanism to adjust velocity limits during the search process, as well as self-parameterization of PSO parameters making it more user-independent. It presents better robustness and convergence characteristics compared with the tested PSO variants as well as better constraint handling. This enables its use for addressing real world large-scale problems in much shorter times than the deterministic methods, providing system operators with adequate decision support and achieving efficient resource scheduling, even when a significant number of alternative scenarios should be considered. The paper includes two realistic case studies with different penetration of gridable vehicles (1000 and 2000). The proposed methodology is about 2600 times faster than Mixed-Integer Non-Linear Programming (MINLP) reference technique, reducing the time required from 25 h to 36 s for the scenario with 2000 vehicles, with about one percent of difference in the objective function cost value.

Cost Allocation Model for Distribution Networks Considering High Penetration of Distributed Energy Resources

The high penetration of distributed energy resources (DER) in distribution networks and the competitiveenvironment of electricity markets impose the use of new approaches in several domains. The networkcost allocation, traditionally used in transmission networks, should be adapted and used in the distribu-tion networks considering the specifications of the connected resources. The main goal is to develop afairer methodology trying to distribute the distribution network use costs to all players which are usingthe network in each period. In this paper, a model considering different type of costs (fixed, losses, andcongestion costs) is proposed comprising the use of a large set of DER, namely distributed generation(DG), demand response (DR) of direct load control type, energy storage systems (ESS), and electric vehi-cles with capability of discharging energy to the network, which is known as vehicle-to-grid (V2G). Theproposed model includes three distinct phases of operation. The first phase of the model consists in aneconomic dispatch based on an AC optimal power flow (AC-OPF); in the second phase Kirschen’s andBialek’s tracing algorithms are used and compared to evaluate the impact of each resource in the net-work. Finally, the MW-mile method is used in the third phase of the proposed model. A distributionnetwork of 33 buses with large penetration of DER is used to illustrate the application of the proposedmodel.

Intelligent decision support systems for collaboration in industrial plants

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Sistemas de Informação Industriais, Engenharia Electrotécnica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Virulence parameters in the characterization of strains of Entamoeba histolytica

Differences in virulence of strains of Entamoeba histolytica have long been detected by various experimental assays, both in vivo and in vitro. Discrepancies in the strains characterization have been arisen when different biological assays are compared. In order to evaluate different parameters of virulence in the strains characterization, five strains of E. histolytica, kept under axenic culture, were characterized in respect to their, capability to induce hamster liver abscess, erythrophagocytosis rate and cytopathic effect upon VERO cells. It was found significant correlation between in vitro biological assays, but not between in vivo and in vitro assays. Good correlation was found between cytopathic effect and the mean number of uptaken erythrocytes, but not with percentage of phagocytic amoebae, showing that great variability can be observed in the same assay, according to the variable chosen. It was not possible to correlate isoenzyme and restriction fragment pattern with virulence indexes since all studied strains presented pathogenic patterns. The discordant results observed in different virulence assays suggests that virulence itself may not the directly assessed. What is in fact assessed are different biological characteristics or functions of the parasite more than virulence itself. These characteristics or functions may be related or not with pathogenic mechanisms occurring in the development of invasive amoebic disease