Periodic nonlinear Fourier transform for fiber-optic communications, Part I:theory and numerical methods

In this work, we introduce the periodic nonlinear Fourier transform (PNFT) method as an alternative and efficacious tool for compensation of the nonlinear transmission effects in optical fiber links. In the Part I, we introduce the algorithmic platform of the technique, describing in details the direct and inverse PNFT operations, also known as the inverse scattering transform for periodic (in time variable) nonlinear Schrödinger equation (NLSE). We pay a special attention to explaining the potential advantages of the PNFT-based processing over the previously studied nonlinear Fourier transform (NFT) based methods. Further, we elucidate the issue of the numerical PNFT computation: we compare the performance of four known numerical methods applicable for the calculation of nonlinear spectral data (the direct PNFT), in particular, taking the main spectrum (utilized further in Part II for the modulation and transmission) associated with some simple example waveforms as the quality indicator for each method. We show that the Ablowitz-Ladik discretization approach for the direct PNFT provides the best performance in terms of the accuracy and computational time consumption.

Periodic nonlinear Fourier transform for fiber-optic communications, Part II:eigenvalue communication

In this paper we propose the design of communication systems based on using periodic nonlinear Fourier transform (PNFT), following the introduction of the method in the Part I. We show that the famous "eigenvalue communication" idea [A. Hasegawa and T. Nyu, J. Lightwave Technol. 11, 395 (1993)] can also be generalized for the PNFT application: In this case, the main spectrum attributed to the PNFT signal decomposition remains constant with the propagation down the optical fiber link. Therefore, the main PNFT spectrum can be encoded with data in the same way as soliton eigenvalues in the original proposal. The results are presented in terms of the bit-error rate (BER) values for different modulation techniques and different constellation sizes vs. the propagation distance, showing a good potential of the technique.

Capacity estimates for optical transmission based on the nonlinear Fourier transform

What is the maximum rate at which information can be transmitted error-free in fibre-optic communication systems? For linear channels, this was established in classic works of Nyquist and Shannon. However, despite the immense practical importance of fibre-optic communications providing for >99% of global data traffic, the channel capacity of optical links remains unknown due to the complexity introduced by fibre nonlinearity. Recently, there has been a flurry of studies examining an expected cap that nonlinearity puts on the information-carrying capacity of fibre-optic systems. Mastering the nonlinear channels requires paradigm shift from current modulation, coding and transmission techniques originally developed for linear communication systems. Here we demonstrate that using the integrability of the master model and the nonlinear Fourier transform, the lower bound on the capacity per symbol can be estimated as 10.7 bits per symbol with 500 GHz bandwidth over 2,000 km.

Detection and Classification of Whale Acoustic Signals

This dissertation focuses on two vital challenges in relation to whale acoustic signals: detection and classification.

In detection, we evaluated the influence of the uncertain ocean environment on the spectrogram-based detector, and derived the likelihood ratio of the proposed Short Time Fourier Transform detector. Experimental results showed that the proposed detector outperforms detectors based on the spectrogram. The proposed detector is more sensitive to environmental changes because it includes phase information.

In classification, our focus is on finding a robust and sparse representation of whale vocalizations. Because whale vocalizations can be modeled as polynomial phase signals, we can represent the whale calls by their polynomial phase coefficients. In this dissertation, we used the Weyl transform to capture chirp rate information, and used a two dimensional feature set to represent whale vocalizations globally. Experimental results showed that our Weyl feature set outperforms chirplet coefficients and MFCC (Mel Frequency Cepstral Coefficients) when applied to our collected data.

Since whale vocalizations can be represented by polynomial phase coefficients, it is plausible that the signals lie on a manifold parameterized by these coefficients. We also studied the intrinsic structure of high dimensional whale data by exploiting its geometry. Experimental results showed that nonlinear mappings such as Laplacian Eigenmap and ISOMAP outperform linear mappings such as PCA and MDS, suggesting that the whale acoustic data is nonlinear.

We also explored deep learning algorithms on whale acoustic data. We built each layer as convolutions with either a PCA filter bank (PCANet) or a DCT filter bank (DCTNet). With the DCT filter bank, each layer has different a time-frequency scale representation, and from this, one can extract different physical information. Experimental results showed that our PCANet and DCTNet achieve high classification rate on the whale vocalization data set. The word error rate of the DCTNet feature is similar to the MFSC in speech recognition tasks, suggesting that the convolutional network is able to reveal acoustic content of speech signals.

The application of PCA as a movement pattern recognition technique: A proof of principle

Quantitative methods can help us understand how underlying attributes contribute to movement patterns. Applying principal components analysis (PCA) to whole-body motion data may provide an objective data-driven method to identify unique and statistically important movement patterns. Therefore, the primary purpose of this study was to determine if athletes’ movement patterns can be differentiated based on skill level or sport played using PCA. Motion capture data from 542 athletes performing three sport-screening movements (i.e. bird-dog, drop jump, T-balance) were analyzed. A PCA-based pattern recognition technique was used to analyze the data. Prior to analyzing the effects of skill level or sport on movement patterns, methodological considerations related to motion analysis reference coordinate system were assessed. All analyses were addressed as case-studies. For the first case study, referencing motion data to a global (lab-based) coordinate system compared to a local (segment-based) coordinate system affected the ability to interpret important movement features. Furthermore, for the second case study, where the interpretability of PCs was assessed when data were referenced to a stationary versus a moving segment-based coordinate system, PCs were more interpretable when data were referenced to a stationary coordinate system for both the bird-dog and T-balance task. As a result of the findings from case study 1 and 2, only stationary segment-based coordinate systems were used in cases 3 and 4. During the bird-dog task, elite athletes had significantly lower scores compared to recreational athletes for principal component (PC) 1. For the T-balance movement, elite athletes had significantly lower scores compared to recreational athletes for PC 2. In both analyses the lower scores in elite athletes represented a greater range of motion. Finally, case study 4 reported differences in athletes’ movement patterns who competed in different sports, and significant differences in technique were detected during the bird-dog task. Through these case studies, this thesis highlights the feasibility of applying PCA as a movement pattern recognition technique in athletes. Future research can build on this proof-of-principle work to develop robust quantitative methods to help us better understand how underlying attributes (e.g. height, sex, ability, injury history, training type) contribute to performance.

Effect of dental tissue conditioners and matrix metalloproteinase inhibitors on type I collagen microstructure analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Linguagens documentárias

BOIASKI, Daniela ; GUIPSON, Larissa; MARTINS, Silvestre Gomes; MARIA, Taíse ; VANTI, Nadia. Linguagens documentárias. In: SEMINÁRIO DE PESQUISA DO CENTRO DE CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADA,15., 2009, Natal. Anais Eletrônico...Natal: CCSA, 2009.

Comportamentos dos Enfermeiros Perante os Alarmes Clínicos em Unidades de Cuidados Intensivos: uma Revisão Integrativa

O presente estudo tem como propósito refletir sobre a prática de enfermagem no que concerne à temática da monitorização hemodinâmica. Pretendemos identificar a evidência empírica produzida sobre o comportamento dos enfermeiros perante os alarmes clínicos e, consequentemente, incentivar a adoção de estratégias que promovam um ambiente de cuidados intensivos menos ruidoso. Perspetivou-se um estudo de revisão sistemática da literatura. Selecionámos um conjunto de dezoito bases de dados eletrónicas, tendo recorrido a três idiomas. A colheita de informação decorreu entre dezembro de 2011 e janeiro de 2012 e, através de uma estratégia de cruzamento dos descritores selecionados, foram incluídos 5 artigos. Face a todo o corpo de discussão salientamos três categorias essenciais: opinião dos profissionais de saúde acerca dos alarmes clínicos; comportamento dos profissionais; estratégias promotoras de um ambiente menos ruidoso. Constatamos que os profissionais de saúde têm presente a bipolaridade dos alarmes clínicos e identificam limitações na sua gestão. Verificamos ainda que o comportamento dos profissionais nos estudos analisados não é linear, variando entre alterar os parâmetros no início de cada turno até ignorar uma grande maioria deles. Cientes desta realidade, os profissionais sugerem diversas estratégias passíveis de implementar, com vista a alarmes e comportamentos mais eficazes.

Diagnóstico, estadiamento e tratamento cirúrgico do adenocarcinoma de pâncreas

O adenocarcinoma pancreático é um dos tumores sólidos de pior prognóstico, sendo o tratamento cirúrgico o único potencialmente curativo. Na grande maioria dos pacientes o tumor é diagnosticado em fase avançada, comumente na presença de doença metastática. A introdução de modernos métodos diagnósticos associados ao aperfeiçoamento dos já existentes tem gerado controvérsia quanto à melhor maneira de se estabelecer o diagnóstico e estadiamento do tumor. Da mesma forma, o papel da cirurgia na paliação e aspectos técnicos da ressecção de lesões localizadas estão longe de alcançarem consenso na prática. Método - Revisão da literatura sobre os aspectos controversos relacionados ao tema e um algoritmo para a abordagem dos pacientes com suspeita de tumor de pâncreas são apresentados. Foram utilizados os descritores: “adenocarcinoma” e “pâncreas” para pesquisa no PubMed (www.pubmed.com) e na Bireme (www.bireme.br) e a seguir selecionadas as publicações pertinentes a cada tópico escolhido com atenção especial para metanálises, estudos clínicos controlados, revisões sitemáticas e ainda publicações de grandes centros especializados em doenças pancreáticas. Conclusões - Na suspeita de adenocarcinoma de pâncreas é possível realizar estadiamento muito próximo do real sem a necessidade da exploração cirúrgica sistemática em virtude da disponibilidade na prática de exames modernos e eficientes. Isso permite que paliação menos invasiva seja praticada na maioria dos pacientes com lesões avançadas e incuráveis. Nos em que a cura é possível, a operação deve ser realizada objetivando-se, essencialmente, a remoção da lesão com margens livres e com aceitáveis índices de morbi-mortalidade

Integridade da pele em idosos: revisão da literatura segundo as cartas de promoção da saúde

Trata-se de uma revisão bibliográfica que objetivou relacionar as medidas educativas para a promoção da integridade da pele em idosos com as Cartas de Promoção da Saúde. Realizou-se a busca nas bases de dados CINAHL, SCOPUS, LILACS e COCHRANE, nos portais CAPES e BVS e na biblioteca PUBMED, mediante a aplicação dos descritores Health Education; Skin e Aged. Os resultados dos 7 artigos analisados apontaram como principais medidas educativas: inspeção diária da pele, cuidados com calçados e com os pés, uso regular de protetor solar e mudanças de decúbito. Essas medidas estavam relacionadas com as seguintes Cartas de Promoção da Saúde: Ottawa, Declaração de Santafé de Bogotá e Declaração de Jacarta. Conclui-se que as medidas educativas, baseadas nas Cartas, são de grande relevância para a criação de uma cultura de saúde, com enfoque na população e no indivíduo como agentes executores imprescindíveis para o alcance da promoção da saúde

Comportamentos dos Enfermeiros Perante os Alarmes Clínicos em Unidades de Cuidados Intensivos: uma Revisão Integrativa

O presente estudo tem como propósito refletir sobre a prática de enfermagem no que concerne à temática da monitorização hemodinâmica. Pretendemos identificar a evidência empírica produzida sobre o comportamento dos enfermeiros perante os alarmes clínicos e, consequentemente, incentivar a adoção de estratégias que promovam um ambiente de cuidados intensivos menos ruidoso. Perspetivou-se um estudo de revisão sistemática da literatura. Selecionámos um conjunto de dezoito bases de dados eletrónicas, tendo recorrido a três idiomas. A colheita de informação decorreu entre dezembro de 2011 e janeiro de 2012 e, através de uma estratégia de cruzamento dos descritores selecionados, foram incluídos 5 artigos. Face a todo o corpo de discussão salientamos três categorias essenciais: opinião dos profissionais de saúde acerca dos alarmes clínicos; comportamento dos profissionais; estratégias promotoras de um ambiente menos ruidoso. Constatamos que os profissionais de saúde têm presente a bipolaridade dos alarmes clínicos e identificam limitações na sua gestão. Verificamos ainda que o comportamento dos profissionais nos estudos analisados não é linear, variando entre alterar os parâmetros no início de cada turno até ignorar uma grande maioria deles. Cientes desta realidade, os profissionais sugerem diversas estratégias passíveis de implementar, com vista a alarmes e comportamentos mais eficazes.