Winding patterns for actively shielded shim coils with asymmetric target-fields

A method is presented for calculating the currents and winding patterns required to design independent zonal and tesseral shim coils for magnetic resonance imaging. Both actively shielded and unshielded configurations are considered, and the region of interest can be located asymmetrically with respect to the coil's length. Streamline, target-field and Fourier-series methods are utilized. The desired target-field is specified at two cylindrical radii, on and inside a circular conducting cylinder of length 2L and radius a. The specification is over some asymmetric portion pL < z < qL of the coil's length (-1 < p < q < 1). Arbitrary functions are used in the outer sections, -L < z < pL and qL < z < L, to ensure continuity of the magnetic field across the entire length of the coil. The entire field is then periodically extended as a half-range cosine Fourier series about either end of the coil. The resultant Fourier coefficients are then substituted into the Fourier-series expressions for the internal and external magnetic fields, and current densities and stream functions on both the primary coil and shield. A contour plot of the stream function directly gives the required coil winding patterns. Spherical harmonic analysis and shielding analysis on field calculations from a ZX shim coil indicate that example designs and theory are well matched.

On the induced electric field gradients in the human body for magnetic stimulation by gradient coils in MRI

Prior theoretical studies indicate that the negative spatial derivative of the electric field induced by magnetic stimulation may he one of the main factors contributing to depolarization of the nerve fiber. This paper studies this parameter for peripheral nerve stimulation (PNS) induced by time.-varying gradient fields during MRI scans. The numerical calculations are based on an efficient, quasi-static, finite-difference scheme and an anatomically realistic human, full-body model. Whole-body cylindrical and planar gradient sets in MRI systems and various input signals have been explored. The spatial distributions of the induced electric field and their gradients are calculated and attempts are made to correlate these areas with reported experimental stimulation data. The induced electrical field pattern is similar for both the planar coils and cylindrical coils. This study provides some insight into the spatial characteristics of the induced field gradients for PNS in MRI, which may be used to further evaluate the sites where magnetic stimulation is likely to occur and to optimize gradient coil design.

Calculation of electric fields induced by body and head motion in high-field MRI

In modern magnetic resonance imaging (MRI), patients are exposed to strong, nonuniform static magnetic fields outside the central imaging region, in which the movement of the body may be able to induce electric currents in tissues which could be possibly harmful. This paper presents theoretical investigations into the spatial distribution of induced electric fields and currents in the patient when moving into the MRI scanner and also for head motion at various positions in the magnet. The numerical calculations are based on an efficient, quasi-static, finite-difference scheme and an anatomically realistic, full-body, male model. 3D field profiles from an actively shielded 4T magnet system are used and the body model projected through the field profile with a range of velocities. The simulation shows that it possible to induce electric fields/currents near the level of physiological significance under some circumstances and provides insight into the spatial characteristics of the induced fields. The results are extrapolated to very high field strengths and tabulated data shows the expected induced currents and fields with both movement velocity and field strength. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Influence of magnetically-induced E-fields on cardiac electric activity during MRI: A modeling study

In modern magnetic resonance imaging (MRI), patients are exposed to strong, time-varying gradient magnetic fields that may be able to induce electric fields (E-fields)/currents in tissues approaching the level of physiological significance. In this work we present theoretical investigations into induced E-fields in the thorax, and evaluate their potential influence on cardiac electric activity under the assumption that the sites of maximum E-field correspond to the myocardial stimulation threshold (an abnormal circumstance). Whole-body cylindrical and planar gradient coils were included in the model. The calculations of the induced fields are based on an efficient, quasi-static, finite-difference scheme and an anatomically realistic, whole-body model. The potential for cardiac stimulation was evaluated using an electrical model of the heart. Twelve-lead electrocardiogram (ECG) signals were simulated and inspected for arrhythmias caused by the applied fields for both healthy and diseased hearts. The simulations show that the shape of the thorax and the conductive paths significantly influence induced E-fields. In healthy patients, these fields are not sufficient to elicit serious arrhythmias with the use of contemporary gradient sets. However, raising the strength and number of repeated switching episodes of gradients, as is certainly possible in local chest gradient sets, could expose patients to increased risk. For patients with cardiac disease, the risk factors are elevated. By the use of this model, the sensitivity of cardiac pathologies, such as abnormal conductive pathways, to the induced fields generated by an MRI sequence can be investigated. (C) 2003 Wiley-Liss, Inc.

A comparison of two methods for the calculation of accumulated oxygen deficit

The aim of this study was to compare accumulated oxygen deficit data derived using two different exercise protocols with the aim of producing a less time-consuming test specifically for use with athletes. Six road and four track male endurance cyclists performed two series of cycle ergometer tests. The first series involved five 10 min sub-maximal cycle exercise bouts, a (V) over dotO(2peak) test and a 115% (V) over dotO(2peak) test. Data from these tests were used to estimate the accumulated oxygen deficit according to the calculations of Medbo et al. (1988). In the second series of tests, participants performed a 15 min incremental cycle ergometer test followed, 2 min later, by a 2 min variable resistance test in which they completed as much work as possible while pedalling at a constant rate. Analysis revealed that the accumulated oxygen deficit calculated from the first series of tests was higher (P< 0.02) than that calculated from the second series: 52.3 +/- 11.7 and 43.9 +/- 6.4 ml . kg(-1), respectively (mean +/- s). Other significant differences between the two protocols were observed for (V) over dot O-2peak, total work and maximal heart rate; all were higher during the modified protocol (P

N-aminopyrroledione-hydrazonoketene-pyrazolium oxide-pyrazolone rearrangements and pyrazolone tautomerism

Flash vacuum thermolysis (FVT) of 1-(dimethylamino)pyrrole-2,3-diones 5 causes extrusion of CO with formation of transient hydrazonoketenes 7. The transient ketenes 7 are observable in the form of weak bands at 2130 (7a) or 2115 cm(-1) (7b) in the Ar matrix IR spectra resulting from either FVT or photolysis of either 5 or 1,1- dimethylpyrazolium-5- oxides 8, and these absorptions are in excellent agreement with B3LYP/6-31G* frequency calculations. Under FVT conditions the ketenes 7 cyclize to pyrazolium oxides 8, which undergo 1,4-migration of a methyl group to yield 1,4-dimethyl-3-phenylpyrazole-5(4H)-one 9a and 1,4,4-trimethyl-3-phenylpyrazole-5(4H)-one 9b. All three tautomers of 9a have been characterized, viz. the CH form 9a (most stable form in the gas phase, the solid state and solvents of low polarity), the OH form 9a' (metastable solid at room temperature) and the NH form 9a (stable in aprotic dipolar solvents). The isomeric 1,4-dimethyl-5-phenylpyrazole-3(2H)-one 12 tautomerizes to the 3-hydroxypyrazole 12'. The crystal structure of the hydrochloride 14 of 9a'/9a is reported, representing the first structurally characterised example of a protonated 5-hydroxypyrazole.

An optical flow-based sensing system for reactive mobile robot navigation

This work discusses the use of optical flow to generate the sensorial information a mobile robot needs to react to the presence of obstacles when navigating in a non-structured environment. A sensing system based on optical flow and time-to-collision calculation is here proposed and experimented, which accomplishes two important paradigms. The first one is that all computations are performed onboard the robot, in spite of the limited computational capability available. The second one is that the algorithms for optical flow and time-to-collision calculations are fast enough to give the mobile robot the capability of reacting to any environmental change in real-time. Results of real experiments in which the sensing system here proposed is used as the only source of sensorial data to guide a mobile robot to avoid obstacles while wandering around are presented, and the analysis of such results allows validating the proposed sensing system.

Estratégias de cálculo mental de alunos da 5ª série/6º ano do ensino fundamental

Esta pesquisa de mestrado teve como principal objetivo investigar estratégias de cálculo mental, utilizadas por alunos de uma 5ª série/6º ano do ensino fundamental ao resolver cálculos de adição e subtração. Para atingir este objetivo procuramos responder aos questionamentos: Quais estratégias de cálculo mental, alunos da 5ª série/6º ano empregam na resolução de cálculos de adição e subtração? Que relações existem entre o tipo de cálculo envolvido e a estratégia adotada para resolvê-lo? Para respondermos a essas questões, seguimos uma metodologia de natureza qualitativa, configurada como estudo de caso do tipo etnográfico. O trabalho de campo foi desenvolvido em uma turma de 5ª série/6º ano do ensino fundamental de uma escola pública da rede estadual de ensino do município de Serra. A pesquisa aconteceu de maio a dezembro de 2013. Oito alunos resolveram uma atividade diagnóstica composta de quatro sequências de cálculos mentais, a saber, fatos fundamentais do número 5, do número 10, do número 20 e do número 100, dentre adições e subtrações próximas a esses resultados. Todos alunos participaram da etapa de entrevistas. Dos oito alunos, foram escolhidos dados de três que participaram de outras etapas da pesquisa. Os registros realizados pelos alunos na etapa de observação da turma, na etapa diagnóstica e na etapa de intervenção didática, as anotações no caderno de campo e algumas gravações em áudio serviram como fontes de coleta de dados. Utilizamos as estratégias identificadas por Beishuizen (1997), Klein e Beishuizen (1998), Thompson (1999, 2000) e Lucangeli et al. (2003), como categorias de análise. Através da análise de dados, constatamos que as escolhas das estratégias de cálculo mental pelos alunos variaram de acordo com o tipo de sequência de cálculos, a operação aritmética (adição ou subtração) e o estado emocional deles durante a atividade. Foi possível identificar o uso de duas estratégias combinadas, o algoritmo mental e estratégias de contagens nos dedos para grande parte dos cálculos. O uso do algoritmo mental mostrou-se um procedimento de grande sobrecarga mental e, em alguns cálculos de adição sem reserva, serviu apenas como apoio à visualização numérica, sendo executado pelo aluno da esquerda para a direita, semelhantemente à estratégia de decomposição numérica. Os dados deste estudo apontam para: (i) a necessidade de se trabalhar fatos numéricos fundamentais de adição e subtração via cálculo mental de maneira sistemática em sala de aula; (ii) a necessidade de se ensinar estratégias autênticas de cálculo mental para que os alunos não se tornem dependentes de estratégias como contagens e algoritmo mental, que são mais difíceis de serem executadas com êxito; (iii) a importância de entrevistar, individualmente, os alunos a fim de compreender e avaliar o desenvolvimento destes em tarefas de cálculo mental.

Análise Imuno-histoquímica de hipóxia renal em modelo de isquemia/reperfusão tratado com Fator Estimulador de Colônia de Granulócitos

O rim demonstra uma capacidade singular em reparar-se após danos locais, no entanto, depois de acometido, as chances de desenvolvimento de lesões renais elevam-se. A patofisiologia da isquemia/reperfusão (IR) é complexa porque há ocorrência simultânea de danos celulares e inflamação. O decréscimo na quantidade de oxigênio requer um sistema capaz de evitar seus efeitos prejudiciais e uma maquinaria molecular HIF (Hypoxia Inducible Factor), um complexo, atua como fator de transcrição de diversos genes desde os da regulação da proliferação celular e apoptose até a sinalização para angiogênese. O Fator Estimulador de Colônia de Granulócitos (G-CSF) é uma glicoproteína conhecida pela sua capacidade de promover a sobrevivência, proliferação e diferenciação de células estimulando a recuperação aos efeitos advindos da IR. Com o intuito de observar as influências dessas proteínas foi realizada uma análise semi-quantitativa de amostras renais submetidas ou não à IR, usando-se descrições microscópicas morfológicas e imunohistoquímicas, com os cálculos e gráficos estatísticos foram feitos no software GraphPad Prism®. Das análises morfológicas, constatou-se que as lesões características de IR foram observadas em espécimes não tratados: bolhas em epitélio tubular; vacuolização citoplasmática, distalização tubular e congestão luminal. De forma análoga, foi encontrada nos tratados, contudo em estágios menos avançados e em animais controle, não foi houve esta diferença tissular. As análises de microscopia eletrônica demonstraram alteração na barreira filtrante com concomitante perda de outras características glomerulares. Aos animais controle foi observada a arquitetura típica, ao passo que para os animais tratados notou-se conservação da barreira. A presença de HIF-1α nos rins contralaterais demonstrouse significante quando comparadas às amostras isquêmicas e tratadas (p<0,05). Já a ocorrência da mesma proteína em rins isquêmicos não apresentou qualquer diferença. Analisando-se a proteína VEGF foi comprovado que em rins contralaterais não há diferença estatística, contudo nos rins esquerdos há significância entre os três grupos (p<0,05). Já a correlação entre estas duas proteínas não se mostrou estatisticamente significante. Em relação às atividades de proliferação e morte celulares, todos os três grupos foram significantes entre si (p<0,05). Ao que concerne o tratamento, foi demonstrada a atividade protetora do medicamento e uma possível interação molecular com a HIF, enquanto que a ativação desta proteína corrobora sua rota metabólica já previamente descrita.

Abordagens metodológicas para avaliar risco de extinção de espécies de Brachyteles (Primates : Atelidae)

A distribuição geográfica de um táxon é limitada por aspectos ecológicos e históricos. Muitas atividades humanas têm causado modificações na cobertura vegetal, o que leva à fragmentação e perda do habitat. Isso tem levado à extinção local de populações de várias espécies, alterando sua distribuição geográfica. Entre elas estão as duas espécies do gênero Brachyteles (os muriquis), que são primatas endêmicos de um dos biomas mais afetados por esses processos, a Mata Atlântica. A União Internacional para a Conservação da Natureza (UICN) é uma organização que busca conservar a biodiversidade. Entre outros critérios, utiliza o conhecimento sobre as distribuições geográficas restritas das espécies para classificá-las em categorias de ameaça de extinção, nas chamadas listas vermelhas. Para isso, utiliza parâmetros espaciais, cujos resultados indicam o risco de extinção de determinado táxon em relação à sua distribuição geográfica. Muitas vezes os cálculos desses parâmetros são realizados de maneira subjetiva, de maneira que é importante a busca de métodos que tornem as classificações mais objetivas, precisas e replicáveis. Nesse contexto, o presente trabalho testou diferentes métodos de cálculos de três parâmetros relacionados à distribuição geográfica de B. hypoxanthus e B. arachnoides. Tratam-se de espécies ameaçadas de extinção, com localidades de ocorrência bem conhecidas, que foram profundamente afetadas pela degradação da Mata Atlântica. Assim, podem ser consideradas bons modelos para essas análises. Foi construído um banco de dados de localidades de ocorrência atuais das duas espécies. Por meio de abordagens de Sistemas de Informação Geográfica (SIG), foram estimadas a Extensão de Ocorrência (EOO) através de Mínimo Polígono Convexo e α-hull e Área de Ocupação (AOO) e Subpopulações por meio de métodos de grids, buffers circulares e α-hull, em diferentes escalas espaciais. Os resultados dos cálculos desses parâmetros foram comparados para identificar as abordagens e escalas mais adequadas para a avaliação de risco de extinção. Esses resultados indicam que as listas de localidades e os mapas de distribuição disponibilizados pela UICN precisam ser atualizados. Além disso, sugerem que α-hull é uma abordagem vantajosa para EOO e o método de buffers é mais adequado para os parâmetros de AOO e Subpopulações, quando utiliza escalas espaciais menores. Também foi utilizada a ferramenta GeoCAT, para as duas espécies. Essa ferramenta, por realizar análises de EOO e AOO instantâneas e por seus resultados serem semelhantes aos de outras análises, serve como uma abordagem preliminar de risco de extinção baseado no critério de distribuição geográfica.

Uma aplicação de matemática financeira à análise de títulos de renda fixa

No dia a dia, as pessoas sabem que existem várias aplicações financeiras, mas a grande maioria não possui o conhecimento necessário para escolher qual o melhor investimento para o seu dinheiro. E assim, muitas vezes acabam investindo somente na poupança, talvez pela sua simplicidade ou por sua popularidade. Neste trabalho, buscamos mostrar a importância da Matemática Financeira para o entendimento de investimentos. Através de uma abordagem de Progressões Geométrica e Aritmética e, consequentemente, da Matemática Financeira, são apresentadas algumas aplicações financeiras, com seus conceitos, cálculos e atividades que mostram como compará-las. Assim, no trabalho são descritos conceitos e propriedades das Progressões Geométrica e Aritmética, e da Matemática Financeira e, como aplicação desse conteúdo, são apresentados o conceito e o cálculo de diversas taxas (equivalência de taxas, taxas efetiva e nominal, taxa pré e pós-fixada, taxas variáveis, taxa referencial), além de alguns investimentos financeiros (poupança, CDB, LCI). Buscando consolidar esse estudo desenvolvido, apresentamos no final do trabalho uma proposta de atividades a serem realizadas em sala de aula, que contemplam cálculos da rentabilidade dos investimentos, mostrando ao aluno como calcular e comparar esses rendimentos.

Dimensionamento à punção em apoios internos de lajes protendidas sem aderência

Esta dissertação trata da punção em lajes protendidas com cordoalhas não aderentes, para pilares internos, calculadas através das normas ABNT NBR 6118:2007, ABNT NBR 6118:2014, EN 1992-1-1:2004 e ACI 318-11. Ao longo do trabalho, são apresentados dimensionamentos à punção através desses códigos a fim de se obter uma análise comparativa dos resultados. Além disso, são expostas três situações de provas de carga não destrutivas para punção, realizadas em lajes reais. Os casos, verificados a partir da comparação entre as quatro normas, servem de base para avaliações sobre o nível de segurança estrutural entre os dimensionamentos. Após as análises teóricas, conclui-se que, no geral, o EC2:2004 e a NBR 6118:2014 são os códigos que geram os resultados menos conservadores no cálculo das armaduras de punção. Já o ACI 318-11 e a NBR 6118:2007 obtêm os resultados mais conservadores para esse dimensionamento. Quando considerados os carregamentos máximos sem utilização de armadura de punção, a norma americana se destaca, obtendo valores comparáveis aos do EC2:2004 e da NBR 6118:2014. A NBR 6118:2007 resulta em dimensionamentos sempre mais conservadores.

Critical behavior of a three-dimensional hardcore-cylinder composite system

In this work the critical indices β, γ , and ν for a three-dimensional (3D) hardcore cylinder composite system with short-range interaction have been obtained. In contrast to the 2D stick system and the 3D hardcore cylinder system, the determined critical exponents do not belong to the same universality class as the lattice percolation,although they obey the common hyperscaling relation for a 3D system. It is observed that the value of the correlation length exponent is compatible with the predictions of the mean field theory. It is also shown that, by using the Alexander-Orbach conjuncture, the relation between the conductivity and the correlation length critical exponents has a typical value for a 3D lattice system.

An SPSS R-Menu for Ordinal Factor Analysis

Exploratory factor analysis is a widely used statistical technique in the social sciences. It attempts to identify underlying factors that explain the pattern of correlations within a set of observed variables. A statistical software package is needed to perform the calcula- tions. However, there are some limitations with popular statistical software packages, like SPSS. The R programming language is a free software package for statistical and graphical computing. It o ers many packages written by contributors from all over the world and programming resources that allow it to overcome the dialog limitations of SPSS. This paper o ers an SPSS dialog written in the R programming language with the help of some packages, so that researchers with little or no knowledge in programming, or those who are accustomed to making their calculations based on statistical dialogs, have more options when applying factor analysis to their data and hence can adopt a better approach when dealing with ordinal, Likert-type data.

Estimating Local Part Thickness in Midplane Meshes for Finite Element Analysis

Within the development of motor vehicles, crash safety (e.g. occupant protection, pedestrian protection, low speed damageability), is one of the most important attributes. In order to be able to fulfill the increased requirements in the framework of shorter cycle times and rising pressure to reduce costs, car manufacturers keep intensifying the use of virtual development tools such as those in the domain of Computer Aided Engineering (CAE). For crash simulations, the explicit finite element method (FEM) is applied. The accuracy of the simulation process is highly dependent on the accuracy of the simulation model, including the midplane mesh. One of the roughest approximations typically made is the actual part thickness which, in reality, can vary locally. However, almost always a constant thickness value is defined throughout the entire part due to complexity reasons. On the other hand, for precise fracture analysis within FEM, the correct thickness consideration is one key enabler. Thus, availability of per element thickness information, which does not exist explicitly in the FEM model, can significantly contribute to an improved crash simulation quality, especially regarding fracture prediction. Even though the thickness is not explicitly available from the FEM model, it can be inferred from the original CAD geometric model through geometric calculations. This paper proposes and compares two thickness estimation algorithms based on ray tracing and nearest neighbour 3D range searches. A systematic quantitative analysis of the accuracy of both algorithms is presented, as well as a thorough identification of particular geometric arrangements under which their accuracy can be compared. These results enable the identification of each technique’s weaknesses and hint towards a new, integrated, approach to the problem that linearly combines the estimates produced by each algorithm.