Elastodynamic Modeling and Analysis for an Exechon Parallel Kinematic Machine

As a newly invented parallel kinematic machine (PKM), Exechon has attracted intensive attention from both academic and industrial fields due to its conceptual high performance. Nevertheless, the dynamic behaviors of Exechon PKM have not been thoroughly investigated because of its structural and kinematic complexities. To identify the dynamic characteristics of Exechon PKM, an elastodynamic model is proposed with the substructure synthesis technique in this paper. The Exechon PKM is divided into a moving platform subsystem, a fixed base subsystem and three limb subsystems according to its structural features. Differential equations of motion for the limb subsystem are derived through finite element (FE) formulations by modeling the complex limb structure as a spatial beam with corresponding geometric cross sections. Meanwhile, revolute, universal, and spherical joints are simplified into virtual lumped springs associated with equivalent stiffnesses and mass at their geometric centers. Differential equations of motion for the moving platform are derived with Newton's second law after treating the platform as a rigid body due to its comparatively high rigidity. After introducing the deformation compatibility conditions between the platform and the limbs, governing differential equations of motion for Exechon PKM are derived. The solution to characteristic equations leads to natural frequencies and corresponding modal shapes of the PKM at any typical configuration. In order to predict the dynamic behaviors in a quick manner, an algorithm is proposed to numerically compute the distributions of natural frequencies throughout the workspace. Simulation results reveal that the lower natural frequencies are strongly position-dependent and distributed axial-symmetrically due to the structure symmetry of the limbs. At the last stage, a parametric analysis is carried out to identify the effects of structural, dimensional, and stiffness parameters on the system's dynamic characteristics with the purpose of providing useful information for optimal design and performance improvement of the Exechon PKM. The elastodynamic modeling methodology and dynamic analysis procedure can be well extended to other overconstrained PKMs with minor modifications.

Easily Accessible Rare-Earth-Containing Phosphonium Room-Temperature Ionic Liquids: EXAFS, Luminescence and Magnetic Properties

A range of liquid rare-earth chlorometallate complexes with alkyl-phosphonium cations, [P666 14]+, has been synthesised and characterised. EXAFS confirmed the predominant liquid-state speciation of the [LnCl6]3- of the series with Ln = Nd, Eu, Dy. The crystal structure of the shorter-alkyl-chain cation analogue [P4444]+ has been determined and exhibits a very large unit cell. The luminescence properties, with visible light emissions of the liquid Tb, Eu, Pr and Sm and the NIR emissions for the Nd and Er compounds were determined. The effective magnetic moments were measured and fitted for the Nd, Tb, Ho, Dy, Gd and Er samples.

On Passive Intermodulation Test of Analog and Digital Systems

This paper presents initial results of evaluating suitability of the conventional two-tone CW passive intermodulation (PIM) test for characterization of modulated signal distortion by passive nonlinearities in base station antennas and RF front-end. A comprehensive analysis of analog and digitally modulated waveforms in the transmission lines with weak distributed nonlinearity has been performed using the harmonic balance analysis and X-parameters in Advanced Design System (ADS) simulator. The nonlinear distortion metrics used in the conventional two-tone CW PIM test have been compared with the respective spectral metrics applied to the modulated waveforms, such as adjacent channel power ratio (ACPR) and error vector magnitude (EVM). It is shown that the results of two-tone CW PIM tests are consistent with the metrics used for assessment of signal integrity of both analog and digitally modulated waveforms.

Behavioural and physiological responses of shelter dogs to long-term confinement

In Italy, National Law (281/1991) prohibits euthanasia of shelter dogs if they are not dangerous or suffering seriously. Adoption rates in rescue shelters are often lower than entrance rates, leading inevitably to overcrowded facilities where animals are likely to spend the rest of their lives in kennels. In this situation, housing conditions (i.e. space provided, environmental, and social stimulation) may have an impact on canine welfare. In this research project, the effects of two different forms of housing (group- and pair housing) on long-term shelter dogs were compared using behavioural and physiological parameters. Observational data and saliva samples were collected from dogs exposed to both experimental settings; behaviour and cortisol concentration levels were used as welfare indicators. Pair housing offered fewer social and environmental stimuli and behavioural analysis showed a significant decrease in locomotor, exploratory, and social behaviour. Cortisol levels show that this parameter varied independently of housing conditions. Although this study found no evidence suggesting that one form of confinement reduced animal welfare more than the other (e.g. in terms of abnormal behaviour, or higher cortisol concentrations), the type of confinement did affect the expression of a variety of behaviours and these variations should not be ignored with respect to housing decisions for long-term shelter dogs.

Dark room provocative test and extent of angle closure: an anterior segment OCT study.

PURPOSE: To clarify the risk parameters measured by anterior segment optical coherence tomography (AS-OCT) for elevated intraocular pressures (IOP) provoked by the darkroom test and to provide recommendations for its clinical usage. METHODS: Subjects aged >40 years and whose peripheral anterior chambers were ≤1/4 corneal thickness were recruited. The anterior segment of the eye was imaged in sitting position and under both light and dark conditions and biometry was performed using anterior segment optical coherence tomography. The analyzed parameters were: (1) central anterior chamber depth (ACD); (2) anterior chamber width; (3) pupil diameter; (4) iris curvature; (5) lens thickness; and (6) number of meridians with closed angles (NCA). Then the darkroom test was performed and a positive provocative test result was defined as a rise in IOP ≥8 mm Hg after the test. Statistical analyses included: (1) the difference in parameters between positive and negative eyes; (2) the association between posttest IOP and the parameters; and (3) the difference in parameters between the 2 eyes in subjects with the asymmetric results. RESULTS: A total of 70 subjects were recruited. ACD (P=0.022), NCA in light (P<0.001), and NCA in dark (P<0.001) were different significantly between eyes with positive and negative results. There was a strong association between NCA in dark (r=0.755, P<0.001) and the posttest IOP. Among subjects with asymmetric results between the 2 eyes, the ACD was shallower and the lens thickness was larger in the positive eye. CONCLUSIONS: The posttest IOP is determined by the extent of functionally closed angles in the dark. The test may be useful in the early diagnosis of primary angle closure. At the same time, angle configuration should be evaluated to remove false positive result.

Efficacy and Long-Term Outcomes of Palivizumab Prophylaxis to Prevent Respiratory Syncytial Virus Infection in Infants with Cystic Fibrosis in Northern Ireland

BACKGROUND: RSV causes considerable morbidity and mortality in children. In cystic fibrosis (CF) viral infections are associated with worsening respiratory symptoms and bacterial colonization. Palivizumab is effective in reducing RSV hospitalization in high risk patient groups. Evidence regarding its effectiveness and safety in CF is inconclusive. CF screening in N. Ireland enabled timely palivizumab prophylaxis, becoming routine in 2002.

OBJECTIVES: To determine the effect of palivizumab on RSV-related hospitalization and compare lung function and bacterial colonization at age 6 years for those born pre- and post-introduction of palivizumab prophylaxis.

METHODS: A retrospective audit was conducted for all patients diagnosed with CF during the period from 1997 to 2007 inclusive. RSV-related hospitalization, time to Pseudomonas aeruginosa (PA) 1st isolate, lung function and growth parameters were recorded. Comparisons were made for outcomes pre- and post-introduction of routine palivizumab administration in 2002. A cost evaluation was also performed.

RESULTS: Ninety-two children were included; 47 pre- and 45 post-palivizumab introduction. The overall RSV-positive hospitalization rate was 13%. The relative risk of RSV infection in palivizumab non-recipients versus recipients was 4.78 (95%CI: 1.1-20.7), P = 0.027. Notably, PA 1st isolate was significantly earlier in the palivizumab recipient cohort versus non-recipient cohort (median 57 vs. 96 months, P < 0.025) with a relative risk of 2.5. Chronic PA infection at 6 years remained low in both groups, with similar lung function and growth parameters. Total costs were calculated at £96,127 ($151,880) for the non-recipient cohort versus £137,954 ($217,967) for the recipient cohort.

CONCLUSION: Palivizumab was effective in reducing RSV-related hospitalization infection in CF patients. Surprisingly, we found a significantly earlier time to 1st isolate of PA in palivizumab recipients which we could not explain by altered or improved diagnostic tests. 

Fetal umbilical artery Doppler pulsatility index and childhood neurocognitive outcome at 12 years

OBJECTIVE: To determine whether an elevated fetal umbilical artery Doppler (UAD) pulsatility index (PI) at 28 weeks' gestation, in the absence of fetal growth restriction (FGR) and prematurity, is associated with adverse neurocognitive outcome in children aged 12 years.

METHODS: Prospective cohort study, comparing children with a normal fetal UAD PI (<90th centile) (n=110) and those with an elevated PI (≥90th centile) (n=40). UAD was performed at 28, 32 and 34 weeks gestation. At 12 years of age, all children were assessed under standardised conditions at Queen's University, Belfast, UK to determine cognitive and behavioural outcomes using the British Ability Score-II and Achenbach Child Behavioural Checklist Parent Rated Version under standardised conditions. Regression analysis was performed, controlling for confounders such as gender, socioeconomic status and age at assessment.

RESULTS: The mean age of follow-up was 12.4 years (±0.5 SD) with 44% of children male (n=63). When UAD was assessed at 28 weeks, the elevated fetal UAD group had lower scores in cognitive assessments of information processing and memory. Parameters included (1) recall of objects immediate verbal (p=0.002), (2) delayed verbal (p=0.008) and (3) recall of objects immediate spatial (p=0.0016). There were no significant differences between the Doppler groups at 32 or 34 weeks' gestation.

CONCLUSIONS: An elevated UAD PI at 28 weeks' gestation in the absence of FGR or prematurity is associated with lower scores of declarative memory in children aged 12 years. A potential explanation for this is an element of placental insufficiency in the presence of the appropriately grown fetus, which affects the development of the fetal hippocampus and information processing and memory long-term. These findings, however, had no impact on overall academic ability, mental processing and reasoning or overall behavioural function.

Pre- and post-settlement processes regulating recruitment of the shore crab Carcinus maenas

O sucesso do recrutamento em espécies com ciclos de vida complexos, i.e. com duas ou mais fases de desenvolvimento, depende do fornecimento de larvas aos locais apropriados do assentamento (mecanismos de pré-assentamento) e na consequente sobrevivência destas larvas até aos estágios bentónicos iniciais (mecanismos de pós-assentamento). O estudo dos principais processos físicos que controlam a variabilidade intra-anual do recrutamento do caranguejo Carcinus maenas foi possível com à obtenção em séries diárias da abundância de megalopas no plâncton e do seu assentamento em substratos artificiais de assentamento, e de parâmetros físicos relacionados com a amplitude de maré e o upwelling, durante os meses da época reprodutiva deste caranguejo. Os nossos resultados demonstraram um padrão cíclico de fornecimento de megalopas de C. maenas aos estuários na costa ocidental de Portugal, relacionado com a amplitude de maré e favorecido pelos ventos de sul. O assentamento de megalopas nos substratos artificiais de assentamento mostrou-se desacoplado do fornecimento nos dois estuários. Os dados obtidos sugerem que as megalopas são transportadas para a costa após a acção de ventos de downwelling, e o fornecimento para os estuários ocorre por transporte selectivo por corrente de maré. A utilização de substratos artificiais para medir densidades de juvenis de Carcinus maenas deve ser ponderada, uma vez que se verificou que em habitats estruturalmente menos complexos os juvenis utilizam os colectores como refúgio; em habitats mais complexos, os juvenis preferiram refugiar-se nas ervas marinhas existentes. No entanto, a estimativa de abundâncias diárias medidas nos colectores permitiu a descrição das abundâncias dos vários estádios de desenvolvimento juvenis, bem como as respectivas taxas de crescimento. As capacidades locomotoras de diferentes classes de tamanho de juvenis de C. maenas foram estimadas mediante o cálculo de um índice de locomoção. Os nossos resultados sugerem que os juvenis mais pequenos estão relativamente protegidos em habitats com vegetação densa, provavelmente porque este tipo de habitats inibe os movimentos dos juvenis de maiores dimensões. Foram também encontradas evidências da existência de segregação temporal na actividade locomotora das diferentes classes de juvenis, que funcionará como um mecanismo que permite reduzir o canibalismo e, consequentemente, aumentar a capacidade de suporte dos habitats juvenis. Foi realizado um estudo sobre o canibalismo nos juvenis de C. maenas na Ria de Aveiro, in situ e utilizando densidades reais. Verificou-se que as presas mais pequenas eram as mais vulneráveis, sendo os juvenis de maiores dimensões os predadores mais eficazes. Por outro lado, as taxas de canibalismo foram menores em habitats com elevadas densidades de refúgio (Zostera noltii). A estimativa das taxas diárias de mortalidade devidas ao canibalismo são aproximadamente metade das taxas diárias de mortalidade devidas aos processos de pré-assentamento, indicando que esta população de C. maenas será regulada pelo fornecimento larvar, i.e., será uma população regulada essencialmente por mecanismos préassentamento.

Hidrogeomorfologia e sustentabilidade de recursos hídricos subterrâneos

A água subterrânea de rochas duras é uma fonte importante para fins domésticos, industriais e agrícolas e mesmo para o consumo humano. A geologia, a tectónica, a geomorfologia e as características hidrológicas controlam o fluxo, ocorrência e armazenamento das águas subterrâneas. A disponibilidade da água subterrânea no meio geológico está totalmente dependente das áreas de recarga e de descarga numa determinada bacia. A precipitação é a principal fonte de recarga em aquíferos descontínuos, enquanto que a descarga depende dos declives do terreno e dos gradientes do nível hidrostático e ainda das condições hidrogeológicas do solo. A hidrogeomorfologia é um domínio interdisciplinar emergente, que estuda as relações entre as unidades geomorfológicas e o regime das águas superficiais e subterrâneas de uma determinada área. A compreensão do papel da geomorfologia é essencial para avaliar de forma rigorosa os sistemas hidrogeológicos e os recursos hídricos. Os dados de detecção remota providenciam uma informação espacial valiosa e actualizada da superfície terrestre e dos recursos naturais. Os recentes avanços tecnológicos colocaram as técnicas de detecção remota e os sistemas de informação geográfica (SIG) numa posição cimeira como ferramentas de gestão metodológica. Foi criada, em ambiente SIG, uma base de geo-dados, essencialmente derivada da detecção remota, da cartografia e do trabalho de campo. Esta base de dados, organizada em diferentes níveis de informação, inclui uma avaliação principalmente focalizada no uso do solo, climatologia, declives, geologia, geomorfologia e hidrogeologia. No presente estudo foram cruzados diversos níveis de informação, com a geração de múltiplos mapas temáticos para atingir um quadro integrado dos diversos sectores no Norte e Centro de Portugal. Os sectores em estudo (Caldas da Cavaca, Termas de Entre-os-Rios, Águas de Arouca e Águas do Alardo) estão localizados em sistemas hidrogeológicos predominantemente constituídos por rochas graníticas, por vezes intersectadas por filões de quartzo, aplito-pegmatíticos e doleríticos. Para apoiar a elaboração dos mapas hidrogeomorfológicos foi criada uma base SIG, contendo diversa informação, nomeadamente topografia, hidrografia, litologia, tectónica, morfoestrutura, hidrogeologia, geofísica e uso do solo. Além disso, foram realizadas várias campanhas de campo, as quais permitiram: o estabelecimento dum mapeamento geológico, geomorfológico e hidrogeológico; a caracterização in situ do grau de alteração, resistência e grau de fracturação dos maciços rochosos; o desenvolvimento de um inventário hidrogeológico em conjunto com alguns ensaios expeditos in situ. A interligação entre os parâmetros geomorfológicos, hidrológicos e hidrogeológicos dos sistemas de água subterrânea “normal” e hidromineral destaca a importância de uma cartografia e duma modelação conceptual hidrogeomorfológica. Além disso, contribuirá para um melhor apoio à decisão na gestão sustentável dos recursos hídricos.

Genotoxicity in humans and indicator species exposed to uranium wastes

Os riscos dos resíduos provenientes da extração do urânio estão associados ao seu conteúdo em metais e radionuclídeos, o que levanta preocupações às autoridades governamentais e à população em geral. As populações humanas e outras espécies animais que vivem em zonas de exploração de urânio poderão estar expostas à radiação através de resíduos e poeiras radioactivase também através de água e alimentos contaminados. A determinação dos riscos deste tipo de contaminantes é feita, principalmente, através da análise química de amostras ambientais, dando-se menos importância à determinação de efeitos biológicos. A determinação de efeitos biológicos causados pela exposição a poluentes, tem-se revelado muito importante para uma avaliação da qualidade ambiental, de modo a providenciar indicações acerca dos efeitos negativos nos seres vivos e também para complementar a informação dada pelas análises químicas de amostras ambientais. Este facto levou ao estabelecimento de biomarcadores, que consistem em respostas biológicas adversas que são específicas de uma exposição a toxinas ambientais, para serem usadas como ferramentas de avaliação da qualidade ambiental. Neste trabalho foram analisadas respostas a nível molecular e celular, em minhocas, ratinhos do campo e humanos, a fim de determinar o risco químico e radiológico dos resíduos provenientes da mina de urânio da Cunha Baixa. Este trabalho teve também como objectivo a clarificação das respostas subjacentes à exposição a metais e radionuclídeos, a fim de permitir o desenvolvimento de potenciais novos biomarcadores moleculares. Durante este trabalho foram efectuados ensaios com minhocas, em que estas foram expostas durante 56 dias a solo contaminado proveniente da mina de urânio da Cunha Baixa, em laboratório e in situ. Durante a exposição foram analisados vários parâmetros, como o crescimento, reprodução, bioacumulação de metais e radionuclídeos, histopatologia, danos no DNA, citotoxicidade e perfil de expressão genética. Para além disso, foram amostrados ratinhos do campo na mina de urânio da Cunha Baixa e numa área de referência para determinação de danos no DNA, níveis de expressão e mutações em genes supressores de tumores e também bioacumulação de metais. Por fim, foram recolhidas amostras de sangue em voluntários saudáveis pertencentes à população da aldeia da Cunha Baixa, para determinação de danos no DNA, imunofenotipagem e quantificação de metais no sangue. Os resultados revelaram que as minhocas assim como os ratinhos do campo foram negativamente afetados pela exposição aos resíduos mineiros em todos os níveis de organização biológica aqui analisados, o que faz destes organismos bons indicadores para a determinação do risco destas áreas contaminadas, evidenciando o potencial risco da exposição a estes contaminantes. Para além disso, o estudo feito à população da Cunha Baixa revelou danos no ADN e diminuição de populações importantes de células imunitárias (nomeadamente linfócitos T e NK), o que poderá resultar da exposição aos resíduos da mina, tornando as pessoas mais susceptíveis ao desenvolvimento de processos de carcinogénese. O presente estudo contribuiu significativamente para a caracterização dos riscos da exposição a resíduos provenientes de minas de urânio abandonadas, evidenciando os seus efeitos negativos a nível molecular e celular, que potencialmente poderão causar instabilidade genómica e aumentar o risco de desenvolvimento de doenças genéticas.

Estudo de otimização de imagem e dose em mamografia digital

O objetivo deste trabalho foi efetuar um estudo de otimização dos parâmetros de exposição do mamógrafo digital da marca GE, modelo Senographe DS instalado no Instituto Português de Oncologia de Coimbra (IPOC) baseado numa análise contraste detalhe e avaliar o impacto do resultado obtido na melhoria da capacidade de detecção clínica das estruturas da mama. O mamógrafo em estudo dispõe de um sistema de controle automático da exposição designado por sistema AOP (Automatic Optimization of Parameters) que foi otimizado pelo fabricante a partir da razão contraste ruído. O sistema AOP é usado na prática clínica na quase totalidade dos exames de mamografia realizados no IPOC. Tendo em conta o tipo de estrutura que se pretende visualizar na mamografia, nomeadamente estruturas de baixo contraste como as massas e estruturas de dimensão submilimétrica como as microcalcificações, a análise contraste detalhe poderia constituir uma abordagem mais adequada para o estudo de otimização dos parâmetros de exposição uma vez que permitiria uma avaliação conjunta do contraste, da resolução espacial e do ruído da imagem. Numa primeira fase do trabalho foi efetuada a caracterização da prática clínica realizada no mamógrafo em estudo em termos de espessura de mama comprimida “típica”, dos parâmetros técnicos de exposição e das opções de processamento das imagens aplicadas pelo sistema AOP (combinação alvo/filtro, tensão aplicada na ampola - kVp e produto corrente-tempo da ampola - mAs). Numa segunda fase foi realizado um estudo de otimização da qualidade da imagem versus dose na perspectiva dos parâmetros físicos. Para tal foi efetuada uma análise contrastedetalhe no objeto simulador de mama CDMAM e usada uma figura de mérito definida a partir do IQFinv (inverted image quality figure) e da dose glandular média. Os resultados apontaram para uma diferença entre o ponto ótimo resultante do estudo de otimização e o ponto associado aos parâmetros de exposição escolhidos pelo sistema AOP, designadamente no caso da mama pequena. Sendo a qualidade da imagem na perspectiva clínica um conceito mais complexo cujo resultado da apreciação de uma imagem de boa qualidade deve ter em conta as diferenças entre observadores, foi efetuado na última parte deste trabalho um estudo do impacto clínico da proposta de otimização da qualidade de imagem. A partir das imagens realizadas com o objeto simulador antropomórfico TOR MAM simulando uma mama pequena, seis médicos(as) radiologistas com mais de 5 anos de experiência em mamografia avaliaram as imagens “otimizadas” obtidas utilizando-se os parâmetros técnicos de exposição resultantes do estudo de otimização e a imagem resultante da escolha do sistema AOP. A análise estatística das avaliações feitas pelos médicos indica que a imagem “otimizada” da mama pequena apresenta uma melhor visualização das microcalcificações sem perda da qualidade da imagem na deteção de fibras e de massas em comparação com a imagem “standard”. Este trabalho permitiu introduzir uma nova definição da figura de mérito para o estudo de otimização da qualidade da imagem versus dose em mamografia. Permitiu também estabelecer uma metodologia consistente que pode facilmente ser aplicada a qualquer outro mamógrafo, contribuindo para a área da otimização em mamografia digital que é uma das áreas mais relevantes no que toca à proteção radiológica do paciente.

Qualidade e optimização do desmonte de maciços rochosos em geotecnia mineira

A perfuração é uma das operações envolvidas no desmonte de rocha com explosivos. A forma como esta operação é executada é determinante para o sucesso do desmonte. Quando é realizada correctamente o desmonte produz superfícies limpas com o mínimo de sobrescavação e perturbação. A selecção das ferramentas de perfuração é um dos factores preponderantes para os custos do desmonte de maciços rochosos. O objectivo deste trabalho é demonstrar a interdependência entre os parâmetros petrofísicos, geotécnicos e geomecânicos do maciço rochoso e as tecnologias de perfuração de forma a optimizar tanto técnica como economicamente. A forma como a perfuração é executada é determinante para a boa fragmentação do maciço rochoso. Este estudo irá centrar-se na perfurabilidade do maciço, linearidade dos furos, rendimento e desgaste das ferramentas de perfuração e desenvolvimento de metodologias do ciclo de perfuração. Neste trabalho, discute-se a importância de uma abordagem integrativa para fins de geoengenhara mineira em que foi aplicada a técnica de amostragem linear em superfícies expostas do maciço num ambiente de uma exploração granítica. As áreas seleccionadas para este estudo — Pedreira de Serdedelo (Ribeira, Ponte de Lima) e pedreira do Fojo (Ferreira, Paredes de Coura), NW de Portugal — estão situadas nas proximidades de falhas geológicas regionais. Em todo os casos de estudo foram desenvolvidos numa plataforma SIG usando as seguintes ferramentas: cartografia geo-aplicada, técnicas de geologia estrutural, da geotecnia e da geomecânica mineiras e avaliação de geotecnologias. Esta abordagem leva-nos a compreender a relevância da heterogeneidade do maciço rochoso para o dimensionamento da exploração a diferentes escalas. O controlo geomecânico do desmonte do maciço rochoso através de uma perfuração alinhada é salientado com o intuito de uma abordagem de geoengenharia integrada nos maciços rochosos.