Aplicação clínica - avaliação da técnica acoustic radiation force impulse

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Preliminary study of the acoustic behavior concerning an innovative prototype for indoor modular partitioning

This paper presents a preliminary acoustic study concerning the development of the first prototype of a patented removable module for interior partitioning. It is a prefabricated, vertical element for division of interior spaces that does not require the use of gutters or technical support. A set of such modules, linearly disposed, will create a division, allowing the personalization of any indoor area, including open office spaces, rooms, among others. The main characteristic that distinguishes this element from the existing solutions available on the market is that its mobility relies exclusively on a set of integrated bearings at the base of each module. Through an incorporated elevation system, the user can lower the module, move it to the desired position and re-elevate it until pressed against the ledge of the ceiling, making it stable. In this sense, and taking into account its acoustic behavior, several tests were made in the LNEC acoustics lab. Airborne sound insulation tests for different typologies of the prototype were conducted, according to the applicable standards EN ISO 354:2003, EN ISO 717-1:2013 and EN ISO 10140-2:2010. Some important conclusions and analysis of the prototype viability were extracted.

A wave of change: Labor market and social security impacts of the EU refugee inflow

The recent massive inflow of refugees to the European Union (EU) raises a number of unanswered questions on the economic impact of this phenomenon. To examine these questions, we constructed an overlapping-generations model that describes the evolution of the skill premium and of the welfare benefit level in relevant European countries, in the aftermath of an inflow of asylum-seekers. In our simulation, relative wages of skilled workers increase between 8% and 11% in the period of the inflow; their subsequent time path is dependent on the initial skill premium. The entry of migrants creates a fiscal surplus of about 8%, which can finance higher welfare benefits in the subsequent periods. These effects are weaker in a scenario where refugees do not fully integrate into the labor market.

Damage propagation in composite Materials meso-mechanical models

Composite materials have a complex behavior, which is difficult to predict under different types of loads. In the course of this dissertation a methodology was developed to predict failure and damage propagation of composite material specimens. This methodology uses finite element numerical models created with Ansys and Matlab softwares. The methodology is able to perform an incremental-iterative analysis, which increases, gradually, the load applied to the specimen. Several structural failure phenomena are considered, such as fiber and/or matrix failure, delamination or shear plasticity. Failure criteria based on element stresses were implemented and a procedure to reduce the stiffness of the failed elements was prepared. The material used in this dissertation consist of a spread tow carbon fabric with a 0°/90° arrangement and the main numerical model analyzed is a 26-plies specimen under compression loads. Numerical results were compared with the results of specimens tested experimentally, whose mechanical properties are unknown, knowing only the geometry of the specimen. The material properties of the numerical model were adjusted in the course of this dissertation, in order to find the lowest difference between the numerical and experimental results with an error lower than 5% (it was performed the numerical model identification based on the experimental results).

Masonry infill walls under blast loading using confined underwater blast wave generators (WBWG)

The vulnerability of the masonry envelop under blast loading is considered critical due to the risk of loss of lives. The behaviour of masonry infill walls subjected to dynamic out-of-plane loading was experimentally investigated in this work. Using confined underwater blast wave generators (WBWG), applying the extremely high rate conversion of the explosive detonation energy into the kinetic energy of a thick water confinement, allowed a surface area distribution avoiding also the generation of high velocity fragments and reducing atmospheric sound wave. In the present study, water plastic containers, having in its centre a detonator inside a cylindrical explosive charge, were used in unreinforced masonry infills panels with 1.7m by 3.5m. Besides the usage of pressure and displacement transducers, pictures with high-speed video cameras were recorded to enable processing of the deflections and identification of failure modes. Additional numerical studies were performed in both unreinforced and reinforced walls. Bed joint reinforcement and grid reinforcement were used to strengthen the infill walls, and the results are presented and compared, allowing to obtain pressure-impulse diagrams for design of masonry infill walls.

Underwater acoustic modem with streaming video capabilities

Oceans have shown tremendous importance and impact on our lives. Thus the need for monitoring and protecting the oceans has grown exponentially in recent years. On the other hand, oceans have economical and industrial potential in areas such as pharmaceutical, oil, minerals and biodiversity. This demand is increasing and the need for high data rate and near real-time communications between submerged agents became of paramount importance. Among the needs for underwater communications, streaming video (e.g. for inspecting risers or hydrothermal vents) can be seen as the top challenge, which when solved will make all the other applications possible. Presently, the only reliable approach for underwater video streaming relies on wired connections or tethers (e.g. from ROVs to the surface) which presents severe operational constraints that makes acoustic links together with AUVs and sensor networks strongly appealing. Using new polymer-based acoustic transducers, which in very recent works have shown to have bandwidth and power efficiency much higher than the usual ceramics, this article proposes the development of a reprogrammable acoustic modem for operating in underwater communications with video streaming capabilities. The results have shown a maximum data-rate of 1Mbps with a simple modulation scheme such as OOK, at a distance of 20 m.

The influence of nitrogen and oxygen additions on the thermal characteristics of aluminium-based thin films

The ternary aluminium oxynitride (AlNxOy) system offers the possibility to obtain a wide range of properties by tailoring the ratio between pure Al, AlNx and AlOy and therefore opening a significant number of possible applications. In this work the thermal behaviour of AlNxOy thin films was analysed by modulated infrared radiometry (MIRR), taking as reference the binary AlOy and AlNx systems. MIRR is a non-contact and non-destructive thermal wave measurement technique based on the excitation, propagation and detection of temperature oscillations of very small amplitudes. The intended change of the partial pressure of the reactive gas (N2 and/or O2) influenced the target condition and hence the deposition characteristics which, altogether, affected the composition and microstructure of the films. Based on the MIRR measurements and their qualitative and quantitative interpretation, some correlations between the thermal transport properties of the films and their chemical/physical properties have been found. Furthermore, the potential of such technique applied in this oxynitride system, which present a wide range of different physical responses, is also discussed. The experimental results obtained are consistent with those reported in previous works and show a high potential to fulfil the demands needed for the possible applications of the systems studied. They are clearly indicative of an adequate thermal response if this particular thin film system is aimed to be applied in small sensor devices or in electrodes for biosignal acquisition, such as those for electroencephalography or electromyography as it is the case of the main research area that is being developed in the group.

Modelação, simulação e implementação de agitação acústica para aplicações em microfluídica

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia Biomédica)

Pulse wave velocity distribution in a cohort study: from arterial stiffness to early vascular aging

BACKGROUND: By contrast with other southern European people, north Portuguese population registers an especially high prevalence of hypertension and stroke incidence. We designed a cohort study to identify individuals presenting accelerated and premature arterial aging in the Portuguese population. METHOD: Pulse wave velocity (PWV) was measured in randomly sampled population dwellers aged 18-96 years from northern Portugal, and used as a marker of early vascular aging (EVA). Of the 3038 individuals enrolled, 2542 completed the evaluation. RESULTS: Mean PWV value for the entire population was 8.4?m/s (men: 8.6?m/s; women: 8.2?m/s; P??10?m/s). Logistic regression models indicated gender differences concerning the risk of developing large artery damage, with women having the same odds of PWV above 10?m/s 10 years later than men. CONCLUSION: The population PWV values were higher than expected in a low cardiovascular risk area (Portugal). High prevalence rates of EVA and noteworthy large artery damage in young ages were found.

Influência do fator visão do céu na propagação do ruído em zonas urbanas

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Relation between the behaviors of P-wave and QT dispersions in elderly patients with heart failure

OBJECTIVE: To assess the relation between P-wave and QT dispersions in elderly patients with heart failure. METHODS: Forty-seven elderly patients (75.6±6 years) with stable heart failure in NYHA functional classes II or III and with ejection fractions of 37±6% underwent body surface mapping to analyze P-wave and QT dispersions. The degree of correlation between P-wave and QT dispersions was assessed, and P-wave dispersion values in patients with QT dispersion greater than and smaller than 100 ms were compared. RESULTS: The mean values of P-wave and QT dispersions were 54±14 ms and 68±27 ms, respectively. The correlation between the 2 variables was R=0.41 (p=0.04). In patients with QT dispersion values > 100 ms, P-wave dispersion was significantly greater than in those with QT dispersion values < 100 ms (58±16 vs 53±12 ms, p=0.04 ). CONCLUSION: Our results suggest that, in elderly patients with heart failure, a correlation between the values of P-wave and QT dispersions exists. These findings may have etiopathogenic, pathophysiologic, prognostic, and therapeutic implications, which should be investigated in other studies.

Manipulación acustica del orden y dinámica molecular en estructuras mesomorficas de organización lamelar. Acoustic manipulation of molecular order and dynamics in mesomorphic structures of lamellar organization.

El control de propiedades hidrodinámicas capaces de influir en la mecánica de ruptura y poración de sistemas lamelares o membranas es de fundamental interés para diferentes aplicaciones biotecnológicas. Resulta de particular interés la conexión entre los procesos microscópicos relacionados al tipo de moléculas o unidades básicas, el orden determinado en el auto-ensamblado de las mismas y la dinámica local del sistema, con las propiedades físicas que determinan el comportamiento macroscópico bajo estimulación acústica. Resultados logrados recientemente sugieren la existencia de resonancias hidrodinámicas que podrian ser utilizadas para lograr la inestabilidad del sistema a baja potencia acústica. Se realizaran estudios experimentales utilizando principalmente técnicas que combinan resonancia magnética nuclear (RMN) y la sonicación de la muestra. También se realizarán estudios teóricos y simulaciones numéricas que permitan modelar los sistemas bajo estudio. Se propone dar continuidad al desarrollo de una técnica de relaxometría magnética nuclear en la cual se estimula acústicamente a la muestra durante el proceso de relajación magnética nuclear, y continuar la implementación de técnicas de RMN con resolución espacial que permitan complementar los estudios mencionados. Se espera comprender los mecanismos físicos que determinan la estabilidad de fases lamelares, logrando un modelo verificable y consistente que permita relacionar las propiedades mecánicas e hidrodinámicas con las propiedades de orden y dinámica molecular. Asimismo, se espera lograr avances en el desarrollo de las técnicas experimentales involucradas. La importancia del proyecto radica en el enfoque del problema. A diferencia de casi la totalidad de los estudios reportados, nuestro interés se enfoca en mecanismos de interacción entre la membrana y el campo acústico que sean eficientes a baja potencia acústica, en un régimen donde los gradientes térmicos y la cavitación sean despreciables.

Desarrollo de Algoritmos Numéricos para el Estudio de la Propagación no Lineal de Ondas en Aplicaciones Aeroespaciales y Astrofísicas. Develop to Numerical Algorithms to Study non-Linear Waves Propagation in Aerospace and Astrophysics Applications.

En este proyecto se desarrollarán algoritmos numéricos para sistemas no lineales hiperbólicos-parabólicos de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Dichos sistemas tienen aplicación en propagación de ondas en ámbitos aeroespaciales y astrofísicos.Objetivos generales: 1)Desarrollo y mejora de algoritmos numéricos con la finalidad de incrementar la calidad en la simulación de propagación e interacción de ondas gasdinámicas y magnetogasdinámicas no lineales. 2)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos gasdinámicos de elevada entalpía incluyendo cambios químicos, efectos dispersivos y difusivos.3)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos magnetogasdinámicos ideales y reales.4)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la solución del flujo aerotermodinámico alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera terrestre. 5)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la simulación del comportamiento dinámico no lineal de arcos magnéticos en la corona solar. 6)Desarrollo de nuevos modelos para describir el comportamiento no lineal de arcos magnéticos en la corona solar.Este proyecto presenta como objetivo principal la introducción de mejoras en algoritmos numéricos para simular la propagación e interacción de ondas no lineales en dos medios gaseosos: aquellos que no poseen carga eléctrica libre (flujos gasdinámicos) y aquellos que tienen carga eléctrica libre (flujos magnetogasdinámicos). Al mismo tiempo se desarrollarán códigos computacionales que implementen las mejoras de las técnicas numéricas.Los algoritmos numéricos se aplicarán con la finalidad de incrementar el conocimiento en tópicos de interés en la ingeniería aeroespacial como es el cálculo del flujo de calor y fuerzas aerotermodinámicas que soportan objetos que ingresan a la atmósfera terrestre y en temas de astrofísica como la propagación e interacción de ondas, tanto para la transferencia de energía como para la generación de inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar. Estos dos temas poseen en común las técnicas y algoritmos numéricos con los que serán tratados. Las ecuaciones gasdinámicas y magnetogasdinámicas ideales conforman sistemas hiperbólicos de ecuaciones diferenciales y pueden ser solucionados utilizando "Riemann solvers" junto con el método de volúmenes finitos (Toro 1999; Udrea 1999; LeVeque 1992 y 2005). La inclusión de efectos difusivos genera que los sistemas de ecuaciones resulten hiperbólicos-parabólicos. La contribución parabólica puede ser considerada como términos fuentes y tratada adicionalmente tanto en forma explícita como implícita (Udrea 1999; LeVeque 2005).Para analizar el flujo alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera se utilizarán las ecuaciones de Navier-Stokes químicamente activas, mientras la temperatura no supere los 6000K. Para mayores temperaturas es necesario considerar efectos de ionización (Anderson, 1989). Tanto los efectos difusivos como los cambios químicos serán considerados como términos fuentes en las ecuaciones de Euler. Para tratar la propagación de ondas, transferencia de energía e inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar se utilizarán las ecuaciones de la magnetogasdinámica ideal y real. En este caso será también conveniente implementar términos fuente para el tratamiento de fenómenos de transporte como el flujo de calor y el de radiación. Los códigos utilizarán la técnica de volúmenes finitos, junto con esquemas "Total Variation Disminishing - TVD" sobre mallas estructuradas y no estructuradas.

Desarrollo de metodologias de propagación y cultivo de plantas nativas de Córdoba con potencialornamental. Development of propagation and cultivation methodologies of native plants of Córdoba withornamental potential.

El problema: La flora nativa de Córdoba, actualmente amenazada, es rica en especies con potencial ornamental que todavía no se cultivan. El uso de estas plantas está limitado por la escasez de material biológico, la falta de conocimientos de su propagación y su insuficiente valoración pública. Hipótesis: La propagación y el cultivo de una amplia gama de plantas nativas cordobesas con potencial ornamental son técnicamente factibles y tienen potencial productivo y económico. Objetivo: Promover el uso de especies nativas ornamentales en la provincia de Córdoba. Objetivos específicos: 1. Desarrollar metodologías de propagación y cultivo de especies nativas con potencial ornamental; 2. Transferir estas metodologías a viveros privados y públicos; 3. Difundir los conocimientos obtenidos a instituciones educativas. Métodos: 1- Colección: Se realizarán viajes de campo para obtener semillas o esquejes de al menos 6 especies nativas seleccionadas. Las semillas se limpiarán y se conservarán en frío. 2- Propagación: En la primavera se sembrarán 100 semillas por especie, accesión y tratamiento; se registrará porcentaje y tiempo de germinación. Los plantines se trasplantarán a almácigos, se registrará supervivencia y crecimiento. Para la propagación vegetativa, se trasplantarán esquejes de estolones directamente a macetas. 3- Trasplante: En verano, los plantines se trasplantarán a macetas grandes; se registrará supervivencia y crecimiento durante un año. 4- Documentación: Se elaborarán protocolos de las metodologías adecuadas para la propagación de las especies, usos ornamentales y características relevantes. 5- Transferencia: Los protocolos, muestras de semillas y de plantas, se transferirán a dos viveros que se comprometan a continuar con el cultivo de las especies. 6- Difusión: Se realizarán cursos, talleres, charlas y pasantías para dar a conocer la propagación de plantas nativas en instituciones educativas, desde la primaria hasta la universidad. Resultados y productos esperados: 1- Protocolos de propagación de al menos 6 especies nativas ornamentales y su transferencia a viveros, como base de una actividad productiva novedosa. 2- Un aporte a la conservación ex situ y el uso sostenible de la flora nativa. 3- Una mayor valoración de esta en la comunidad educativa. Importancia: 1- Desarrollo de la producción de plantas nativas con valor ornamental, como una alternativa económica. 2- Conservación ex situ y uso sostenible de la flora nativa. 3- Difusión del conocimiento del valor ornamental de las nativas. 4. Información científica de la biología y ecología de especies nativas. Pertinencia: Productos (ver Resultados). El impacto inmediato esperado es un aumento en la propagación, la producción, la demanda, la comercialización y el uso de plantas ornamentales nativas. Se espera también la generación de nuevos conocimientos y el estímulo de líneas de investigación biológicas y agronómicas.