Nonlinear dynamics of the patient’s response to drug effect during general anesthesia

In today’s healthcare paradigm, optimal sedation during anesthesia plays an important role both in patient welfare and in the socio-economic context. For the closed-loop control of general anesthesia, two drugs have proven to have stable, rapid onset times: propofol and remifentanil. These drugs are related to their effect in the bispectral index, a measure of EEG signal. In this paper wavelet time–frequency analysis is used to extract useful information from the clinical signals, since they are time-varying and mark important changes in patient’s response to drug dose. Model based predictive control algorithms are employed to regulate the depth of sedation by manipulating these two drugs. The results of identification from real data and the simulation of the closed loop control performance suggest that the proposed approach can bring an improvement of 9% in overall robustness and may be suitable for clinical practice.

Gestão da cadeia de abastecimento de bens de consumo baseada em modelos de previsão lineares

Dissertação apresentada ao Instituto Politécnico do Porto para obtenção do Grau de Mestre em Logística

Sequencing cutting patterns with colored interval graphs

The problem addressed here originates in the industry of flat glass cutting and wood panel sawing, where smaller items are cut from larger items accordingly to predefined cutting patterns. In this type of industry the smaller pieces that are cut from the patterns are piled around the machine in stacks according to the size of the pieces, which are moved to the warehouse only when all items of the same size have been cut. If the cutting machine can process only one pattern at a time, and the workspace is limited, it is desirable to set the sequence in which the cutting patterns are processed in a way to minimize the maximum number of open stacks around the machine. This problem is known in literature as the minimization of open stacks (MOSP). To find the best sequence of the cutting patterns, we propose an integer programming model, based on interval graphs, that searches for an appropriate edge completion of the given graph of the problem, while defining a suitable coloring of its vertices.

Tradutor da língua gestual portuguesa modelo de tradução bidireccional

O projeto tem como objetivo desenvolver e avaliar um modelo que facilita o acesso para pessoas surdas ou com deficiência auditiva, o acesso ao conteúdo digital - em particular o conteúdo educacional e objetos de aprendizagem – a criação de condições para uma maior inclusão social de surdos e deficientes auditivos. Pretende-se criar um modelo bidirecional, em que permite a pessoas com deficiências auditivas, possam se comunicar com outras pessoas, com a tradução da Língua Gestual Portuguesa (LGP) para a Língua Portuguesa (LP) e que outras pessoas não portadoras de qualquer deficiência auditiva possam por sua vez comunicar com os surdos ou deficientes auditivos através da tradução da LP para a LGP. Há um conjunto de técnicas que poderíamos nos apoiar para desenvolver o modelo e implementar a API de tradução da LGP em LP. Muitos estudos são feitos com base nos modelos escondidos de Markov (HMM) para efetuar o reconhecimento. Recentemente os estudos estão a caminhar para o uso de técnicas como o “Dynamic Time Warping” (DTW), que tem tido mais sucesso do que outras técnicas em termos de performance e de precisão. Neste projeto optamos por desenvolver a API e o Modelo, com base na técnica de aprendizagem Support Vector Machines (SVM) por ser uma técnica simples de implementar e com bons resultados demonstrados em reconhecimento de padrões. Os resultados obtidos utilizando esta técnica de aprendizagem foram bastante ótimos, como iremos descrever no decorrer do capítulo 4, mesmo sabendo que utilizamos dois dispositivos para capturar dados de descrição de cada gesto. Toda esta tese integra-se no âmbito do projeto científico/ investigação a decorrer no grupo de investigação GILT, sob a coordenação da professora Paula Escudeiro e suportado pela Fundação para Ciência e Tecnologia (FCT).

Alteração do paradigma da gestão dos cuidados à pessoa com infecção VIH : um modelo centrado nos cuidados de saúde primários

RESUMO - A infecção por VIH é reconhecida mundialmente como um problema de saúde pública, apesar de todos os esforços e recursos despendidos e dos avanços científicos conseguidos nos últimos anos. Portugal, apesar do registo da diminuição de novos casos de infecção VIH, encontra-se no 4.º lugar (dos países da União Europeia) em termos de incidência de infecção por VIH (dados de 2008). Esta situação, juntamente com a crescente constatação dos custos elevados para o tratamento desta infecção, da variabilidade de práticas e a fragmentação dos cuidados, motivou a reflexão sobre modelos alternativos de organização de cuidados, inspirados em modelos de gestão da doença e idealmente centrados nos cuidados de saúde primários. O presente trabalho teve como objectivos analisar os modelos de organização de cuidados prestados à pessoa com VIH, nos países desenvolvidos, a nível dos cuidados de saúde primários e compreender o nível de adequação dos resultados encontrados, para a realidade portuguesa. Para os alcançar foi realizada uma revisão da literatura e a realização de entrevistas a profissionais de saúde. Nos artigos analisados na revisão da literatura, verificou-se consenso em torno de um modelo baseado em cuidados partilhados, entre os prestadores primários e os diferenciados. Foram ainda referenciados múltiplos factores e condições que terão de ser assegurados para uma possível implementação do modelo. Quanto aos entrevistados verificou-se uma opinião favorável em relação ao modelo de cuidados partilhados, mostrando-se expectantes e despertos para a necessidade de mudança, perspectivando uma maior integração do actual estado de organização dos cuidados para a pessoa com VIH. Estes indícios reflectem a relevância de maior investigação sobre o modelo de cuidados partilhados.

Modelo de seleção de fornecedores baseado em dados reais – desenvolvimento de ferramentas para os métodos de seleção

A seleção de fornecedores é considerada atualmente estratégica para as empresas que estão inseridas em ambientes cada vez mais dinâmicos e exigentes. Nesta dissertação são determinados os critérios e métodos mais usados no problema de seleção de fornecedores. Para estes serem alcançados, analisaram-se artigos da área e de ilustres autores para assim se perceber quais os critérios das áreas mais influentes, na hora de tomada de decisão sobre os melhores fornecedores para as empresas. A partir deste estudo foi construído um inquérito de resposta curta, enviado a empresas a laborar em Portugal, para se obter as importâncias dadas aos critérios por parte das empresas. Com estas respostas conclui-se que critérios relacionados com a qualidade e o custo são os mais relevantes. Relativamente aos métodos, foram estudados teórica e praticamente, o AHP e o SMART. O primeiro por ser o mais referenciado nos artigos estudados e o segundo por ser o mais simples de implementar e usar. No SMART foram criadas as funções valor para regerem o funcionamento do método. Estas funções foram desenvolvidas de raiz, com base num estudo bibliográfico prévio para cada um dos subcritérios, para se entender qual o melhor tipo de função a aplicar definindo matematicamente melhor o comportamento de cada um deles. A tomada de decisão é bastante importante nas organizações, pois pode conduzir ao sucesso ou insucesso. Assim é explicado a envolvente da tomada de decisão, o problema da seleção dos fornecedores, como se desenvolve o processo de seleção e quais são os métodos existentes para auxiliar a escolha dos mesmos. Por fim é apresentado o modelo proposto baseado nos resultados obtidos através do inquérito, e a aplicação dos dois métodos (AHP e SMART) para um melhor entendimento dos mesmos.

Gestão integrada da doença : uma abordagem experimental de gestão em sa

RESUMO - Os sistemas de saúde deparam-se, actualmente, com novos paradigmas, ao nível da qualidade da prestação de cuidados de saúde, bem como no que se refere à necessidade de controlo dos custos com o sector da saúde, obrigando as organizações a adaptarem-se por forma a fornecerem a resposta mais adequada às crescentes necessidades dos indivíduos. O reconhecimento desta realidade tem levado os governos de muitos países a definir políticas orientadas para problemas de saúde específicos e a adoptar estratégias de intervenção que privilegiam uma abordagem integrada com o objectivo de melhorarem progressivamente o nível de saúde das populações, a qualidade dos cuidados prestados e a eficiência na utilização de recursos. Em Portugal, a aplicação dos princípios que estiveram na base dos modelos de gestão da doença, deu origem ao modelo experimental de Gestão Integrada da Doença, que incorpora a gestão clínica da doença, centrada no doente, com especial enfoque na sua autogestão e na clarificação das melhores práticas profissionais, visando a sua uniformização; a reorganização do modelo de prestação de cuidados, com a criação de Centros de Elevada Diferenciação e Centros de Tratamento, com especiais preocupações no que concerne à orientação do doente no sistema para que os cuidados lhe seja ministrados no nível mais adequado; um modelo de financiamento específico, indexado aos resultados, que reflicta a adopção das melhores práticas; um sistema de informação que permita a monitorização e avaliação constante deste processo. O desenvolvimento deste modelo organizacional tem-se revelado como uma estratégia inovadora e como uma ferramenta de elevado potencial para a melhoria da prestação de cuidados de saúde e para a promoção de uma maior efectividade e eficiência, tal como poderá, ainda, constituirse como um veículo, importante e permanente, de informação de apoio à decisão em Saúde. Este modelo visa, no fundo, promover uma acção concertada no sentido da obtenção de uma intervenção precisa, através da mobilização de recursos adequados, que permitam uma melhoria do estado de saúde, da qualidade de vida e do bem-estar global dos doentes. Esta abordagem passa pela colaboração e coordenação dos diferentes níveis de prestação de cuidados, no sentido de oferecerem cuidados integrados de saúde, com níveis de qualidade elevados em termos de prevenção, diagnóstico, tratamento, reabilitação e acompanhamento. ------------------------ --ABSTRACT – The health systems are faced with new paradigms, on one hand in the healthcare services delivered to the populations, and on the other hand, in the need to control costs in the health sector, forcing organizations to adapt and provide the most appropriate response to the individuals growing needs. The magnitude of this problem, in terms of public health, requires the adoption of a directed, targeted, planned and integrated action, based on clear and well defined strategies in order to obtain health gains, improving the quality of care and streamlining the costs. In Portugal, the application of those principles forming the basis of the disease management models, led to the Integrated Disease Management model which, apart from the clinical management of the disease, also incorporates the healthcare delivery structure reorganization, a specific financing model based on an information system that allows the process monitoring and evaluation. The development of Integrated Disease Management models is a central strategy and a tool for improving healthcare delivery, more effectively and efficiently, and can even be an important and permanent vehicle of information for health decision support. Therefore, it is important to promote a concerted action towards achieving a precise intervention, mobilizing the resources, improving the health status, quality of life and the overall patients’ wellbeing. This action means increasing collaboration and coordination of the different levels of care, offering integrated healthcare s

Nonlinear dynamics of the patient’s response to drug effect during general anesthesia

In today’s healthcare paradigm, optimal sedation during anesthesia plays an important role both in patient welfare and in the socio-economic context. For the closed-loop control of general anesthesia, two drugs have proven to have stable, rapid onset times: propofol and remifentanil. These drugs are related to their effect in the bispectral index, a measure of EEG signal. In this paper wavelet time–frequency analysis is used to extract useful information from the clinical signals, since they are time-varying and mark important changes in patient’s response to drug dose. Model based predictive control algorithms are employed to regulate the depth of sedation by manipulating these two drugs. The results of identification from real data and the simulation of the closed loop control performance suggest that the proposed approach can bring an improvement of 9% in overall robustness and may be suitable for clinical practice.

Electrical Skin Phenomena: A Fractional Calculus Analysis

The internal impedance of a wire is the function of the frequency. In a conductor, where the conductivity is sufficiently high, the displacement current density can be neglected. In this case, the conduction current density is given by the product of the electric field and the conductance. One of the aspects the high-frequency effects is the skin effect (SE). The fundamental problem with SE is it attenuates the higher frequency components of a signal. The SE was first verified by Kelvin in 1887. Since then many researchers developed work on the subject and presently a comprehensive physical model, based on the Maxwell equations, is well established. The Maxwell formalism plays a fundamental role in the electromagnetic theory. These equations lead to the derivation of mathematical descriptions useful in many applications in physics and engineering. Maxwell is generally regarded as the 19th century scientist who had the greatest influence on 20th century physics, making contributions to the fundamental models of nature. The Maxwell equations involve only the integer-order calculus and, therefore, it is natural that the resulting classical models adopted in electrical engineering reflect this perspective. Recently, a closer look of some phenomas present in electrical systems and the motivation towards the development of precise models, seem to point out the requirement for a fractional calculus approach. Bearing these ideas in mind, in this study we address the SE and we re-evaluate the results demonstrating its fractional-order nature.

Gait Analysis of Natural and Artificial Walking Systems

This paper studies periodic gaits of multi-legged locomotion systems based on dynamic models. The purpose is to determine the system performance during walking and the best set of locomotion variables. For that objective the prescribed motion of the robot is completely characterized in terms of several locomotion variables such as gait, duty factor, body height, step length, stroke pitch, foot clearance, legs link lengths, foot-hip offset, body and legs mass and cycle time. In this perspective, we formulate three performance measures of the walking robot namely, the mean absolute energy, the mean power dispersion and the mean power lost in the joint actuators per walking distance. A set of model-based experiments reveals the influence of the locomotion variables in the proposed indices.

Quasi-periodic Gaits in Multi-legged Robots

5th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines

Multi-criteria optimisation approach to increase the delivered power in radial distribution networks

This study proposes a new methodology to increase the power delivered to any load point in a radial distribution network, through the identification of new investments in order to improve the repair time. This research work is innovative and consists in proposing a full optimisation model based on mixed-integer non-linear programming considering the Pareto front technique. The goal is to achieve a reduction in repair times of the distribution networks components, while minimising the costs of that reduction as well as non-supplied energy costs. The optimisation model considers the distribution network technical constraints, the substation transformer taps, and it is able to choose the capacitor banks size. A case study based on a 33-bus distribution network is presented in order to illustrate in detail the application of the proposed methodology.

Monitoring morphisms to support sustainable interoperability of enterprise systems

Dissertation to obtain the Master degree in Electrical Engineering and Computer Science

On the analysis of data emerging in non-linear and complex systemscomparison of two X-Ray prony spectra

New arguments proving that successive (repeated) measurements have a memory and actually remember each other are presented. The recognition of this peculiarity can change essentially the existing paradigm associated with conventional observation in behavior of different complex systems and lead towards the application of an intermediate model (IM). This IM can provide a very accurate fit of the measured data in terms of the Prony's decomposition. This decomposition, in turn, contains a small set of the fitting parameters relatively to the number of initial data points and allows comparing the measured data in cases where the “best fit” model based on some specific physical principles is absent. As an example, we consider two X-ray diffractometers (defined in paper as A- (“cheap”) and B- (“expensive”) that are used after their proper calibration for the measuring of the same substance (corundum a-Al2O3). The amplitude-frequency response (AFR) obtained in the frame of the Prony's decomposition can be used for comparison of the spectra recorded from (A) and (B) - X-ray diffractometers (XRDs) for calibration and other practical purposes. We prove also that the Fourier decomposition can be adapted to “ideal” experiment without memory while the Prony's decomposition corresponds to real measurement and can be fitted in the frame of the IM in this case. New statistical parameters describing the properties of experimental equipment (irrespective to their internal “filling”) are found. The suggested approach is rather general and can be used for calibration and comparison of different complex dynamical systems in practical purposes.

Estimação em pequenos domínios

Neste artigo pretende-se apresentar algumas questões relacionadas com a estimação em domínios no âmbito de sondagens. São abordadas as etapas de planeamento e desenho da sondagem, sublinhando que o problema deve de ser visto numa perspectiva global. O ênfase é no entanto colocado na etapa de estimação, através de uma identificação abrangente de métodos de estimação, com referências às suas aplicações e qualidades relativas. É dada uma atenção especial ao problema de estimação em pequenos domínios, onde a dimensão das amostras é normalmente insuficiente para obter estimativas directas de apreciação aceitável.