Passive Fault-Tolerance Management in Component-based Embedded Systems

It is imperative to accept that failures can and will occur, even in meticulously designed distributed systems, and design proper measures to counter those failures. Passive replication minimises resource consumption by only activating redundant replicas in case of failures, as typically providing and applying state updates is less resource demanding than requesting execution. However, most existing solutions for passive fault tolerance are usually designed and configured at design time, explicitly and statically identifying the most critical components and their number of replicas, lacking the needed flexibility to handle the runtime dynamics of distributed component-based embedded systems. This paper proposes a cost-effective adaptive fault tolerance solution with a significant lower overhead compared to a strict active redundancy-based approach, achieving a high error coverage with the minimum amount of redundancy. The activation of passive replicas is coordinated through a feedback-based coordination model that reduces the complexity of the needed interactions among components until a new collective global service solution is determined, improving the overall maintainability and robustness of the system.

Development of a SPE–UHPLC–MS/MS methodology for thedetermination of non-steroidal anti-inflammatory and analgesicpharmaceuticals in seawaterPaula

An analytical methodology for the simultaneous determination of seven pharmaceuticals and two metabolites belonging to the non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) and analgesics therapeutic groups was developed based on off-line solid-phase extraction and ultra-high performance liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (SPE–UHPLC–MS/MS). Extraction conditions were optimized taking into account parameters like sorbent material, sample volume and sample pH. Method detection limits (MDLs) ranging from 0.02 to 8.18 ng/L were obtained. This methodology was successfully applied to the determination of the selected pharmaceuticals in seawater samples of Atlantic Ocean in the Northern Portuguese coast. All the pharmaceuticals have been detected in the seawater samples, with pharmaceuticals like ibuprofen, acetaminophen, ketoprofen and the metabolite hydroxyibuprofen being the most frequently detected at concentrations that can reach some hundreds of ng/L.

Heparinized nanohydroxyapatite/collagen granules for controlled release of vancomycin

The purpose of this study was to develop a bone substitute material capable of preventing or treating osteomyelitis through a sustainable release of vancomycin and simultaneously inducing bone regeneration. Porous heparinized nanohydroxyapatite (nanoHA)/collagen granules were characterized using scanning electron microscopy, micro-computed tomography and attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy. After vancomycin adsorption onto the granules, its releasing profile was studied by UV molecular absorption spectroscopy. The heparinized granules presented a more sustainable release over time, in comparison with nonheparinized nanoHA and nanoHA/collagen granules. Vancomycin was released for 360 h and proved to be bioactive until 216 h. Staphylococcus aureus adhesion was higher on granules containing collagen, guiding the bacteria to the material with antibiotic, improving their eradication. Moreover, cytotoxicity of the released vancomycin was assessed using osteoblast cultures, and after 14 days of culture in the presence of vancomycin, cells were able to remain viable, increasing their metabolic activity and colonizing the granules, as observed by scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy. These findings suggest that heparinized nanoHA/collagen granules are a promising material to improve the treatment of osteomyelitis, as they are capable of releasing vancomycin, eliminating the bacteria, and presented morphological and chemical characteristics to induce bone regeneration.

Quinoxaline, its derivatives and applications: a state of the art review

Quinoxaline derivatives are an important class of heterocycle compounds, where N replaces some carbon atoms in the ring of naphthalene. Its molecular formula is C8H6N2, formed by the fusion of two aromatic rings, benzene and pyrazine. It is rare in natural state, but their synthesis is easy to perform. In this review the State of the Art will be presented, which includes a summary of the progress made over the past years in the knowledge of the structure and mechanism of the quinoxaline and quinoxaline derivatives, associated medical and biomedical value as well as industrial value. Modifying quinoxaline structure it is possible to obtain a wide variety of biomedical applications, namely antimicrobial activities and chronic and metabolic diseases treatment.

Diffusion characteristics of ethylene glycol in skeletal muscle

Part of the optical clearing study in biological tissues concerns the determination of the diffusion characteristics of water and optical clearing agents in the subject tissue. Such information is sufficient to characterize the time dependence of the optical clearing mechanisms—tissue dehydration and refractive index (RI) matching. We have used a simple method based on collimated optical transmittance measurements made from muscle samples under treatment with aqueous solutions containing different concentrations of ethylene glycol (EG), to determine the diffusion time values of water and EG in skeletal muscle. By representing the estimated mean diffusion time values from each treatment as a function of agent concentration in solution, we could identify the real diffusion times for water and agent. These values allowed for the calculation of the correspondent diffusion coefficients for those fluids. With these results, we have demonstrated that the dehydration mechanism is the one that dominates optical clearing in the first minute of treatment, while the RI matching takes over the optical clearing operations after that and remains for a longer time of treatment up to about 10 min, as we could see for EG and thin tissue samples of 0.5 mm.

Rat muscle opacity decrease due to the osmosis of a simple mixture

It is known that the fibrous structure of muscle causes light scattering. This phenomenon occurs due to the refractive index discontinuities located between muscle fibers and interstitial fluid. To study the possibility of reducing light scattering inside muscle, we consider its spectral transmittance evolution during an immersion treatment with an optical clearing solution containing ethanol, glycerol, and distilled water. Our methodology consists of registering spectral transmittance of muscle samples while immersed in that solution. With the spectral data collected, we represent the transmittance evolution for some wavelengths during the treatment applied. Additionally, we study the variations that the treatment has caused on the samples regarding tissue refractive index and mass. By analyzing microscopic photographs of tissue cross section, we can also verify changes in the internal arrangement of muscle fibers caused by the immersion treatment. Due to a mathematical model that we develop, we can explain the variations observed in the studied parameters and estimate the amount of optical clearing agent that has diffused into the tissue samples during the immersion treatment. At the end of the study, we observe and explain the improvement in tissue spectral transmittance, which is approximately 65% after 20 min.

Long-term biosignals visualization and processing

Thesis submitted in the fulfillment of the requirements for the Degree of Master in Biomedical Engineering

Software development for estimation of optical clearing agent’s diffusion coefficients in biological tissues

The study of chemical diffusion in biological tissues is a research field of high importance and with application in many clinical, research and industrial areas. The evaluation of diffusion and viscosity properties of chemicals in tissues is necessary to characterize treatments or inclusion of preservatives in tissues or organs for low temperature conservation. Recently, we have demonstrated experimentally that the diffusion properties and dynamic viscosity of sugars and alcohols can be evaluated from optical measurements. Our studies were performed in skeletal muscle, but our results have revealed that the same methodology can be used with other tissues and different chemicals. Considering the significant number of studies that can be made with this method, it becomes necessary to turn data processing and calculation easier. With this objective, we have developed a software application that integrates all processing and calculations, turning the researcher work easier and faster. Using the same experimental data that previously was used to estimate the diffusion and viscosity of glucose in skeletal muscle, we have repeated the calculations with the new application. Comparing between the results obtained with the new application and with previous independent routines we have demonstrated great similarity and consequently validated the application. This new tool is now available to be used in similar research to obtain the diffusion properties of other chemicals in different tissues or organs.

SOUTH AMERICAN COLLABORATION IN SCIENTIFIC PUBLICATIONS ON LEISHMANIASIS: BIBLIOMETRIC ANALYSIS IN SCOPUS (2000-2011)

Objectives: Evaluate the production and the research collaborative network on Leishmaniasis in South America. Methods: A bibliometric research was carried out using SCOPUS database. The analysis unit was original research articles published from 2000 to 2011, that dealt with leishmaniasis and that included at least one South American author. The following items were obtained for each article: journal name, language, year of publication, number of authors, institutions, countries, and others variables. Results: 3,174 articles were published, 2,272 of them were original articles. 1,160 different institutional signatures, 58 different countries and 398 scientific journals were identified. Brazil was the country with more articles (60.7%) and Oswaldo Cruz Foundation (FIOCRUZ) had 18% of Brazilian production, which is the South American nucleus of the major scientific network in Leishmaniasis. Conclusions: South American scientific production on Leishmaniasis published in journals indexed in SCOPUS is focused on Brazilian research activity. It is necessary to strengthen the collaboration networks. The first step is to identify the institutions with higher production, in order to perform collaborative research according to the priorities of each country.

Contributos das TIC para as Necessidades Educativas Especiais - Treino da Perceção Visual

As novas tecnologias de informação e comunicação vêm introduzir novas abordagens e orientações nas relações das pessoas no mundo global, ao mesmo tempo que vêm redefinir paradigmas diversos em várias áreas disciplinares, nomeadamente nas áreas da saúde e da educação. A massificação das tecnologias vem assim aproximar a informação e o conhecimento das pessoas e a sua utilização no apoio aos processos de ensino e de aprendizagem dos alunos com necessidades educativas especiais e dificuldades de aprendizagem específicas tem vindo a ser discutida cada vez mais com uma maior relevância. Pretende-se através da presente dissertação contribuir com soluções que apoiem a desmaterialização dos processos e desburocratização dos relacionamentos entres os diversos intervenientes num processo de terapia de uma criança. Apesar de poder ser extensível a outros cenários, o projeto desenvolvido aplica-se ao caso concreto de crianças com necessidades educativas especiais e dificuldades de aprendizagem específicas, motivadas por dificuldades de perceção visual, que obrigam, além da adoção de programas de treino, como jogos interativos, a um acompanhamento integrado de todos os intervenientes na sua terapia: terapeutas, professores, pais e educadores, assistentes sociais entre outros, tornando-se fundamental a utilização de uma plataforma universal que permita a troca e sistematização de informações. Inicialmente foi necessário um enquadramento desta temática por via da leitura, pesquisa e reuniões com elementos ligados a diferentes áreas que intervém no tratamento de necessidades educativas especiais. Depois de uma pesquisa bibliográfica inicial sobre as dimensões a explorar, recolheu-se informação sobre estudos e projetos desenvolvidos para apoiar esta área, e desenvolveu-se um projeto destinado a contribuir para o trabalho positivo de todos os profissionais que se dedicam à terapia/tratamento das crianças com necessidades educativas especiais, particularmente derivadas de dificuldades de perceção visual. Posteriormente, realizou-se a avaliação do protótipo de forma a validar o real contributo do sistema na melhoria da comunicação e partilha de informação entre todos os intervenientes no processo de terapia de crianças com necessidades educativas especiais e da utilização das tecnologias interativas no treino da perceção visual. Com vista a uma futura implementação de um recurso educativo deste âmbito, foram também recolhidos os pontos negativos e sugestões de melhoria a incorporar. Em suma, este trabalho valida os contributos das TIC, e deste sistema em particular, na relação dos intervenientes num processo de terapia interdisciplinar e no treino da perceção visual.

Hypermedia-based Web Services as System Integrators

As we move more closely to the practical concept of the Internet of Things and, our reliance on public and private APIs increases, web services and their related topics have become utterly crucial to the informatics community. However, the question about which style of web services would best solve a particular problem, can raise signi cant and multifarious debates. There can be found two implementation styles that highlight themselves: the RPC-oriented style represented by the SOAP protocol’s implementations and the hypermedia style, which is represented by the REST architectural style’s implementations. As we search examples of already established web services, we can nd a handful of robust and reliable public and private SOAP APIs, nevertheless, it seems that RESTful services are gaining popularity in the enterprise community. For the current generation of developers that work on informatics solutions, REST seems to represent a fundamental and straightforward alternative and even, a more deep-rooted approach than SOAP. But are they comparable? Do both approaches have each speci c best suitable scenarios? Such study is brie y carried out in the present document’s chapters, starting with the respective background study, following an analysis of the hypermedia approach and an instantiation of its architecture, in a particular case study applied in a BPM context.

Five-Year Review of an International Clinical Research-Training Program

The exponential increase in clinical research has profoundly changed medical sciences. Evidence that has accumulated in the past three decades from clinical trials has led to the proposal that clinical care should not be based solely on clinical expertise and patient values, and should integrate robust data from systematic research. As a consequence, clinical research has become more complex and methods have become more rigorous, and evidence is usually not easily translated into clinical practice. Therefore, the instruction of clinical research methods for scientists and clinicians must adapt to this new reality. To address this challenge, a global distance-learning clinical research-training program was developed, based on collaborative learning, the pedagogical goal of which was to develop critical thinking skills in clinical research. We describe and analyze the challenges and possible solutions of this course after 5 years of experience (2008-2012) with this program. Through evaluation by students and faculty, we identified and reviewed the following challenges of our program: 1) student engagement and motivation, 2) impact of heterogeneous audience on learning, 3) learning in large groups, 4) enhancing group learning, 5) enhancing social presence, 6) dropouts, 7) quality control, and 8) course management. We discuss these issues and potential alternatives with regard to our research and background.

What do people do at work when they are not working?

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Management from the NOVA – School of Business and Economics

Aconselhamento médico na prevenção da doença e promoção da saúde : análise a propósito do consumo de tabaco

RESUMO - O consumo de tabaco foi responsável por 100 milhões de mortes no século XX. Apesar dos grandes avanços alcançados no controlo deste problema a nível mundial, sob os auspícios da OMS, no contexto da Convenção-Quadro para o Controlo do Tabaco da OMS, se não forem adoptadas medidas consistentes e efectivas de saúde pública, a morbi-mortalidade que lhe está associada continuará a aumentar durante o presente século. A promoção da cessação tabágica constitui a estratégia populacional que permitirá obter ganhos em saúde a mais curto prazo. Embora a larga maioria dos fumadores faça, ao longo da vida, várias tentativas para parar de fumar sem apoio, apenas uma pequena minoria consegue manter-se abstinente a longo prazo. Os médicos de Medicina Geral e Familiar são, de entre todos os profissionais de saúde, os que podem intervir de modo mais consistente e efectivo neste âmbito e que melhores resultados obtêm na cessação tabágica dos pacientes fumadores, dado o vínculo terapêutico e a interacção frequente e continuada que com eles estabelecem ao longo do seu ciclo de vida. O aconselhamento breve, tendo por base a adopção de um estilo de comunicação motivacional centrado no paciente, adaptado aos estádios de mudança comportamental, tem-se revelado efectivo no apoio à mudança de comportamentos relacionados com a saúde e à resolução da ambivalência que caracteriza este processo. A revisão de literatura evidenciou o facto de os médicos nem sempre intervirem nas áreas preventivas e de promoção da saúde, em particular na área da cessação tabágica, com o investimento e a continuidade desejáveis. Por outro lado, muitos pacientes fumadores referem nunca ter sido aconselhados pelo seu médico a deixar de fumar.. Não são conhecidos estudos de âmbito nacional que permitam conhecer esta realidade, bem como os factores associados às melhores práticas de intervenção ou as barreiras sentidas pelos médicos de MGF à actuação nesta área. O presente trabalho teve como objectivos: (i) avaliar a hipótese de que os médicos que disseram adoptar o método clínico centrado no paciente teriam atitudes mais favoráveis relativamente à cessação tabágica e uma maior probabilidade de aconselhar os seus pacientes a parar de fumar; (ii) estudar a relação entre as atitudes, a percepção de auto-eficácia, a expectativa de efectividade e as práticas de aconselhamento sobre cessação tabágica, auto-referidas pelos médicos; (iii) Identificar as variáveis preditivas da adopção de intervenções breves de aconselhamento adaptadas ao estádio de mudança comportamental dos pacientes fumadores; (iv) identificar as barreiras e os incentivos à adopção de boas práticas de aconselhamento nesta área. A população de estudo foi constituída pelo total de médicos de medicina geral e familiar inscritos na Associação Portuguesa de Médicos de Clínica Geral, residentes em Portugal. Para recolha de informação, foi utilizado um questionário de resposta anónima, de autopreenchimento, aplicado por via postal a 2942 médicos, em duas séries de envio. O questionário integrou perguntas fechadas, semifechadas, escalas de tipo Likert e escalas de tipo visual analógico. Para avaliação da adopção do método clínico centrado no paciente, foi usada a Patient Practitioner Orientation Scale (PPOS). O tratamento estatístico dos dados foi efectuado com o Programa PASW Statistics (ex-SPSS), versão 18. Foram utilizados: o índice de α de Cronbach, diversos testes não paramétricos e a análise de regressão logística binária. Foi obtida uma taxa de resposta de 22,4%. Foram analisadas 639 respostas (67,4% de mulheres e 32,6% de homens). Referiram ser fumadores 23% dos homens e 14% das mulheres. Foi identificada uma grande carência formativa em cessação tabágica, tendo apenas 4% dos médicos afirmado não necessitar de formação nesta área. Responderam necessitar de formação em entrevista motivacional 66%, em prevenção da recaída 59%, de treino numa consulta de apoio intensivo 55%, em intervenção breve 54% e em terapêutica farmacológica 55%. Cerca de 92% dos respondentes consideraram que o aconselhamento para a cessação tabágica é uma tarefa que faz parte das suas atribuições, mas apenas 76% concordaram totalmente com a realização de uma abordagem oportunística deste assunto em todos os contactos com os seus pacientes. Como prática mais frequente, perante um paciente em preparação para parar, 85% dos médicos disseram tomar a iniciativa de aconselhar, 79% avaliar a motivação, 67% avaliar o grau de dependência, 60% marcar o “dia D” e 50% propor terapêutica farmacológica. Apenas 21% assumiram realizar com frequência uma intervenção breve com pacientes em preparação (5 Ás); 13% uma intervenção motivacional com pacientes não motivados para mudar (5 Rs) e 20% uma intervenção segundo os princípios da entrevista motivacional, relativamente a pacientes ambivalentes em relação à mudança. A análise multivariada de regressão logística permitiu concluir que as variáveis com maior influência na decisão de aconselhar os pacientes sobre cessação tabágica foram a percepção de auto-eficácia, o nível de atitudes negativas, a adopção habitual do Programa-tipo de cessação tabágica da DGS, a posse de formação específica nesta área e a não identificação de barreiras ao aconselhamento, em particular organizacionais ou ligadas ao processo de comunicação na consulta. Embora se tenha confirmado a existência de associação entre a adopção do método clínico centrado no paciente e as atitudes face à cessação tabágica, não foi possível confirmar plenamente a associação entre a adopção deste método e as práticas autoreferidas de aconselhamento. Os médicos que manifestaram um nível baixo ou moderado de atitudes negativas, uma percepção elevada de auto-eficácia, que nunca fumaram, que referiram adoptar o Programa-tipo de cessação tabágica e que não identificaram barreiras organizacionais apresentaram uma maior probabilidade de realizar uma intervenção breve (“5 Ás”) de aconselhamento de pacientes fumadores em preparação para parar de fumar. Nunca ter fumado apresentou-se associado a uma probabilidade de realizar uma intervenção breve (“5 Ás”) com frequência, superior à verificada entre os médicos que referiram ser fumadores (Odds-ratio ajustado = 2,6; IC a 95%: 1,1; 5,7). Os médicos com o nível de auto-eficácia no aconselhamento mais elevado apresentaram uma probabilidade superior à encontrada entre os médicos com o menor nível de auto-eficácia de realizar com frequência uma intervenção breve de aconselhamento, integrando as cinco vertentes dos “5 Ás” (Odds ratio ajustado = 2,6; IC a 95%: 1,3; 5,3); de realizar uma intervenção motivacional breve com fumadores renitentes a parar de fumar (Odds ratio ajustado = 3,1; IC a 95%: 1,4; 6,5) ou de realizar com frequência uma intervenção motivacional com pacientes em estádio de ambivalência (Odds ratio = 8,8; IC a 95%: 3,8; 19,9). A falta de tempo, a falta de formação específica e a falta de equipa de apoio foram as barreiras ao aconselhamento mais citadas. Como factores facilitadores de um maior investimento nesta área, cerca de 60% dos médicos referiram a realização de um estágio prático de formação; 57% a possibilidade de dispor do apoio de outros profissionais; cerca de metade a melhoria da sua formação teórica. Cerca de 25% dos médicos investiria mais em cessação tabágica se dispusesse de um incentivo financeiro e 20% se os pacientes demonstrassem maior interesse em discutir o assunto ou existisse uma maior valorização desta área por parte dos colegas e dos órgãos de gestão. As limitações de representatividade da amostra, decorrentes da taxa de resposta obtida, impõem reservas à possibilidade de extrapolação destes resultados para a população de estudo, sendo de admitir que os respondentes possam corresponder aos médicos mais interessados por este tema e que optam por não fumar. Outra importante limitação advém do facto de não ter sido estudada a vertente relativa aos pacientes, no que se refere às suas atitudes, percepções e expectativas quanto à actuação do médico neste campo. Pesem embora estas limitações, os resultados obtidos revelaram uma grande perda de oportunidades de prevenção da doença e de promoção da saúde. Parece ter ficado demonstrada a importante influência que as atitudes, em especial as negativas, e as percepções, em particular a percepção de auto-eficácia, podem exercer sobre as práticas de aconselhamento auto-referidas. Todavia, será necessário aprofundar os resultados agora encontrados com estudos de natureza qualitativa, que permitam compreender melhor, por um lado, as percepções, expectativas e necessidades dos pacientes, por outro, as estratégias de comunicação que deverão ser adoptadas pelo médico, atendendo à complexidade do problema e ao tempo disponível na consulta, tendo em vista aumentar a literacia dos pacientes para uma melhor autogestão da sua saúde. Parece ter ficado igualmente patente a grande carência formativa neste domínio. A adopção do modelo biomédico como paradigma da formação médica pré e pós-graduada, proposto, há precisamente cem anos, por Flexner, tem contribuído para a desvalorização das componentes psicoemocionais e sociais dos fenómenos de saúde e de doença, assim como para criar clivagens entre cuidados curativos e preventivos e entre medicina geral e familiar e saúde pública. Porém, o actual padrão de saúde/doença próprio das sociedades desenvolvidas, caracterizado por “pandemias” de doenças crónicas e incapacitantes, determinadas por factores de natureza sociocultural e comportamental, irá obrigar certamente à revisão daquele paradigma e à necessidade de se (re)adoptarem os grandes princípios Hipocráticos de compreensão dos processos de saúde/doença e do papel da medicina.

Functional brain perfusion evaluation with Arterial Spin Labeling at 3 Tesla

Dissertation submitted in Faculdade de Ciências e Tecnologia of Universidade Nova de Lisboa for the degree of Master of Biomedical Engineering