Eclipsing Binary Science via the Merging of Transit and Doppler Exoplanet Survey Data—A Case Study with the MARVELS Pilot Project and SuperWASP

Exoplanet transit and Doppler surveys discover many binary stars during their operation that can be used to conduct a variety of ancillary science. Specifically, eclipsing binary stars can be used to study the stellar mass-radius relationship and to test predictions of theoretical stellar evolution models. By cross-referencing 24 binary stars found in the MARVELS Pilot Project with SuperWASP photometry, we find two new eclipsing binaries, TYC 0272-00458-1 and TYC 1422-01328-1, which we use as case studies to develop a general approach to eclipsing binaries in survey data. TYC 0272-00458-1 is a single-lined spectroscopic binary for which we calculate a mass of the secondary and radii for both components using reasonable constraints on the primary mass through several different techniques. For a primary mass of M 1 = 0.92 ± 0.1 M sun, we find M 2 = 0.610 ± 0.036 M sun, R 1 = 0.932 ± 0.076 R sun, and R 2 = 0.559 ± 0.102 R sun, and find that both stars have masses and radii consistent with model predictions. TYC 1422-01328-1 is a triple-component system for which we can directly measure the masses and radii of the eclipsing pair. We find that the eclipsing pair consists of an evolved primary star (M 1 = 1.163 ± 0.034 M sun, R 1 = 2.063 ± 0.058 R sun) and a G-type dwarf secondary (M 2 = 0.905 ± 0.067 M sun, R 2 = 0.887 ± 0.037 R sun). We provide the framework necessary to apply this analysis to much larger data sets.

Measurements of the hole boring velocity from Doppler shifted harmonic emission from solid targets

The fast ignitor scheme for inertial confinement fusion requires forward driving of the critical density surface by light pressure (hole boring) to allow energy deposition close to the dense fuel. The recession velocity of the critical density surface has been observed to be nu/c = 0.015 at an irradiance of 1.0 x 10(19) W cm(-2) at a wavelength of 1.05 micron, in quantitative agreement with modeling. (C) 1996 American Institute of Physics.

Ultracold fluorine production via Doppler cooled BeF

Large parts of the periodic table cannot be cooled by current laser-based methods. We investigate whether zero energy fragmentation of laser cooled fluorides is a potential source of ultracold fluorine atoms. We report new ab initio calculations on the lowest electronic states of the BeF diatomic molecule including spin-orbit coupling, the calculated minima for the valence electronic states being within 1 pm of the spectroscopic values. A four colour cooling scheme based on the A2? ? X2S+ transition is shown to be feasible for this molecule. Multi-Reference Configuration Interaction (MRCI) potentials of the lowest energy Rydberg states are reported for the first time and found to be in good agreement with experimental data. A series of multi-pulse excitation schemes from a single rovibrational level of the cooled molecule are proposed to produce cold fluorine atoms.

Comparison of Wavelet Transform and Time-Domain Analysis of Second Trimester Uterine Artery Doppler Waveforms in Screening for Pre-Eclampsia

The aim of this study was to compare time-domain waveform analysis of second-trimester uterine artery Doppler using the resistance index (RI) with waveform analysis using a mathematical tool known as wavelet transform for the prediction of pre-eclampsia (PE). This was a retrospective, nested case-cohort study of 336 women, 37 of whom subsequently developed PE. Uterine artery Doppler waveforms were analysed using both RI and waveform analysis. The utility of these indices in screening for PE was then evaluated using receiver operating characteristic curves. There were significant differences in uterine artery RI between the PE women and those with normal pregnancy outcome. After wavelet analysis, significant difference in the mean amplitude in wavelet frequency band 4 was noted between the 2 groups. The sensitivity for both Doppler RI and frequency band 4 for the detection of PE at a 10% false-positive rate was 45%. This small study demonstrates the application of wavelet transform analysis of uterine artery Doppler waveforms in screening for PE. Further prospective studies are needed in order to clearly define if this analytical approach to waveform analysis may have the potential to improve the detection of PE by uterine artery Doppler screening.

Fetal Umbilical Artery Doppler Pulsatility Index as a Predictor of Cardiovascular Risk Factors in Children - A Long-Term Follow Up Study

Abstract Objective To determine if high umbilical artery Doppler (UAD) pulsatility index (PI) is associated with cardio-vascular (CV) risk-factors in children at age 12 years. Methods We studied 195 children at age 12 years who had had in-utero UAD studies performed at 28 weeks gestation. The children were grouped according to whether their umbilical Doppler PI was high (indicating poor feto-placental circulation) or normal. At age 12 years we assessed CV risk factors, including anthropometric measures, blood pressure, pulse wave velocity (a measure of arterial compliance), cardio-respiratory fitness and homocysteine and cholesterol serum levels. Results Compared with children with a normal UAD PI (N=88), the children (N=107) with high UAD PI had higher resting pulse rate (p=0.04), higher pulse wave velocity (p=0.046), higher serum homocysteine levels (p=0.032) and reduced arterial compliance (7.58 v 8.50 m/sec, p=0.029) using univariate analysis. These differences were not present when adjusting for cofounders was modelled. Conclusion High PI on UAD testing in-utero may be associated with increased likelihood of some cardio-vascular risk factors at age 12-years but confounding variables may be as important. Our study raises possible long-term benefits of in-utero UAD measurements.

Production of ultracold hydrogen and deuterium via Doppler-cooled Feshbach molecules

A counterintuitive scheme to produce ultracold hydrogen via fragmentation of laser cooled diatomic hydrides is presented where the final atomic H temperature is inversely proportional to the mass of the molecular parent. In addition, the critical density for formation of a Bose-Einstein condensate (BEC) at a fixed temperature is reduced by a factor (mH/mMH)3/2 over directly cooled hydrogen atoms. The narrow Feshbach resonances between a S01 atom and hydrogen are well suited to a tiny center of mass energy release necessary during fragmentation. With the support of ab initio quantum chemistry, it is demonstrated that BaH is an ideal diatomic precursor that can be laser cooled to a Doppler temperature of ∼26μK with just two rovibronic transitions, the simplest molecular cooling scheme identified to date. Preparation of a hydrogen atom gas below the critical BEC temperature Tc is feasible with present cooling technology, with optical pulse control of the condensation process.

Wavelet entropy of Doppler ultrasound blood velocity flow waveforms distinguishes nitric oxide-modulated states

Wavelet entropy assesses the degree of order or disorder in signals and presents this complex information in a simple metric. Relative wavelet entropy assesses the similarity between the spectral distributions of two signals, again in a simple metric. Wavelet entropy is therefore potentially a very attractive tool for waveform analysis. The ability of this method to track the effects of pharmacologic modulation of vascular function on Doppler blood velocity waveforms was assessed. Waveforms were captured from ophthalmic arteries of 10 healthy subjects at baseline, after the administration of glyceryl trinitrate (GTN) and after two doses of N(G)-nitro-L-arginine-methyl ester (L-NAME) to produce vasodilation and vasoconstriction, respectively. Wavelet entropy had a tendency to decrease from baseline in response to GTN, but significantly increased after the administration of L-NAME (mean: 1.60 ± 0.07 after 0.25 mg/kg and 1.72 ± 0.13 after 0.5 mg/kg vs. 1.50 ± 0.10 at baseline, p < 0.05). Relative wavelet entropy had a spectral distribution from increasing doses of L-NAME comparable to baseline, 0.07 ± 0.04 and 0.08 ± 0.03, respectively, whereas GTN had the most dissimilar spectral distribution compared with baseline (0.17 ± 0.08, p = 0.002). Wavelet entropy can detect subtle changes in Doppler blood velocity waveform structure in response to nitric-oxide-mediated changes in arteriolar smooth muscle tone.

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.

Ultrasonic location system

Esta tese apresenta um sistema de localização baseado exclusivamente em ultrassons, não necessitando de recorrer a qualquer outra tecnologia. Este sistema de localização foi concebido para poder operar em ambientes onde qualquer outra tecnologia não pode ser utilizada ou o seu uso está condicionado, como são exemplo aplicações subaquáticas ou ambientes hospitalares. O sistema de localização proposto faz uso de uma rede de faróis fixos permitindo que estações móveis se localizem. Devido à necessidade de transmissão de dados e medição de distâncias foi desenvolvido um pulso de ultrassons robusto a ecos que permite realizar ambas as tarefas com sucesso. O sistema de localização permite que as estações móveis se localizem escutando apenas a informação em pulsos de ultrassons enviados pelos faróis usando para tal um algoritmo baseado em diferenças de tempo de chegada. Desta forma a privacidade dos utilizadores é garantida e o sistema torna-se completamente independente do número de utilizadores. Por forma a facilitar a implementação da rede de faróis apenas será necessário determinar manualmente a posição de alguns dos faróis, designados por faróis âncora. Estes irão permitir que os restantes faróis, completamente autónomos, se possam localizar através de um algoritmo iterativo de localização baseado na minimização de uma função de custo. Para que este sistema possa funcionar como previsto será necessário que os faróis possam sincronizar os seus relógios e medir a distância entre eles. Para tal, esta tese propõe um protocolo de sincronização de relógio que permite também obter as medidas de distância entre os faróis trocando somente três mensagens de ultrassons. Adicionalmente, o sistema de localização permite que faróis danificados possam ser substituídos sem comprometer a operabilidade da rede reduzindo a complexidade na manutenção. Para além do mencionado, foi igualmente implementado um simulador de ultrassons para ambientes fechados, o qual provou ser bastante preciso e uma ferramenta de elevado valor para simular o comportamento do sistema de localização sobre condições controladas.

Numerical techniques for modeling Doppler ultrasound spectra systems

Evaluation of blood-flow Doppler ultrasound spectral content is currently performed on clinical diagnosis. Since mean frequency and bandwidth spectral parameters are determinants on the quantification of stenotic degree, more precise estimators than the conventional Fourier transform should be seek. This paper summarizes studies led by the author in this field, as well as the strategies used to implement the methods in real-time. Regarding stationary and nonstationary characteristics of the blood-flow signal, different models were assessed. When autoregressive and autoregressive moving average models were compared with the traditional Fourier based methods in terms of their statistical performance while estimating both spectral parameters, the Modified Covariance model was identified by the cost/benefit criterion as the estimator presenting better performance. The performance of three time-frequency distributions and the Short Time Fourier Transform was also compared. The Choi-Williams distribution proved to be more accurate than the other methods. The identified spectral estimators were developed and optimized using high performance techniques. Homogeneous and heterogeneous architectures supporting multiple instruction multiple data parallel processing were essayed. Results obtained proved that real-time implementation of the blood-flow estimators is feasible, enhancing the usage of more complex spectral models on other ultrasonic systems.

A spectral estimator using parallel-processing for use in a doppler blood-flow instrument

The work described here is part of a research program aiming to increase the sensitivity to disease detection using Doppler ultrasound by reducing the effects to the measurement procedure on the estimation of blood velocity and detection of flow disturbance.

Deteção automática de eventos em sinais Doppler de fluxo sanguíneo

Os sinais de fluxo sanguíneo são sinais aleatórios que, além de variarem de individuo para individuo, variam também consoante o ciclo cardíaco em análise. Sendo o diagnóstico de patologias cardiovasculares fortemente baseado em sinais de ultrassom Doppler representados em forma de espectrograma, e tendo em consideração que o ruído do tipo speckle é parte integrante dos sinais ultrassónicos, torna-se vital a pesquisa de métodos de eliminação desse tipo de ruído e de caracterização precisa dos parâmetros desses sinais biomédicos por forma a melhorar a qualidade do diagnóstico clínico. Com esta tese pretende-se desenvolver uma ferramenta computacional que possibilite a extração automática dos parâmetros pico sistólico, fim de diástole e de outros eventos clinicamente relevantes de sinais Doppler de fluxo sanguíneo, com especial atenção ao sinal proveniente da artéria carótida. Esta investigação vem na continuidade de um projeto realizado anteriormente no Grupo de Processamento de Sinal Biomédico da Universidade do Algarve, no qual foi desenvolvido um sistema de redução de ruído de espectrogramas Doppler. Este sistema de remoção de ruído será aqui aplicado e melhorado. Para a deteção e extração automática de parâmetros clínicos, foi desenvolvido um algoritmo que recebe um sinal de Doppler e que tem como saída o espectrograma livre de ruído e os valores dos parâmetros clínicos calculados. O algoritmo desenvolvido está dividido em três partes principais. A primeira, consiste na transformada do sinal para os domínios tempo-frequência para a criação do espectrograma e na aplicação de uma metodologia de remoção do ruído do tipo speckle do espectrograma. A fase seguinte é a criação de um sinal bidimensional a partir do espectrograma, o qual é criado para possibilitar a sua caraterização. Por último, desenvolveu-se uma fase dedicada à caracterização do sinal, tendo como principais funções a deteção dos eventos clínicos de pico sistólico, fim de diástole, índice de pulsação, índice de resistência e ratio sístole-diástole. A refinação de atuação de cada uma das três partes mencionadas pode ser ajustada pelo utilizador, tendo para o efeito sido desenvolvido uma interface gráfica na qual a interação do utilizador com o programa global é facilitada. Versatilidade e eficácia do algoritmo desenvolvido foram demonstradas pelos resultados obtidos com três sinais de Doppler de diferentes origens: um de origem clínica, um sinal de fluxo em artéria carótida simulado experimentalmente recorrendo a phantoms, e um sinal de fluxo simulado computacionalmente. Para cada um destes sinais são apresentados os valores das variáveis considerados preferenciais para o ajuste ao respetivo sinal e os respetivos espetros de ruído reduzido. Os resultados da extração automática dos parâmetros clínicos dos três sinais, comprovou a utilidade clínica do algoritmo desenvolvido.

A Comparative Study of a Low Doppler Shift in a Carrier Tracking Loop for GPS

This paper compares a carrier tracking scenario when a received Global Positioning System (GPS) signal has low Doppler frequency. It is shown that if the Numerically Controlled Oscillator (NCO) is quantized to 1 bit, the carrier tracking loop is unable to keep track of the incoming signal which leaves the tracking loop oscillating between the upper and lower bounds of the tracking loop bandwidth. One way of overcoming this problem is presented and compared with another existing solution, found in the literature, providing comparative results from the use of real-recorded off the air GPS L1 signals. Results show that the proposed method performs better tracking performance compared with the existing solution which it requires much less hardware complexity.

Volume da Aurícula Esquerda: um "Velho" Cálculo Ecocardiográfico com uma Importância Prognóstica Renovada. Um Estudo em Doentes com Miocardiopatia Dilatada

Recentemente, surgiram alguns trabalhos que ressaltaram a importância do cálculo do volume da aurícula esquerda (VAE) como um marcador de eventos cardíacos adversos. Foi objectivo deste estudo avaliar a importância prognóstica deste parâmetro em doentes (dts) com deficiente função ventricular esquerda e correlacioná-lo com outros parâmetros clássicos de prognóstico – consumo de O2 (VO2 max) e pro-BNP (pBNP). Métodos: Analisou-se o volume da aurícula esquerda (VAE) por método de Simpson, numa população de 35 dts com cardiopatia dilatada (idiopática e isquémica) com fracção de ejecção (FE) 31±9,6% doentes (dts) eram de sexo masculino e a média de idades foi de 50,5±10,5 anos. Toda a população efectuou estudos de ecocardiografia convencional (incluindo avaliação por M-mode, bidimensional e Doppler), prova cardiorespiratória (VO2max) e doseamento de pro-BNP. O tempo médio de seguimento foi de 24 ± 4 meses, tendo-se considerado como eventos cardíacos (EC): internamento por insuficiência cardíaca, transplante e morte. Resultados: Dos parâmetros da ecocardiografia - o diâmetro da AE foi de 46,6±5,7mm, as dimensões do VE em diástole – 73,5±10mm e em sístole -58,9±11mm, a média da fracção de ejecção foi de 31±9,6%, o VAE foi de 78,6±33 ml, os volumes do VE foram de 214±82ml em diástole e de 153±75ml em sístole, 15 dts tinham padrão restritivo de enchimento ventricular (E/A>2), a média da área (Doppler cor) da insuficiência mitral foi de 4±3,3cm2, 14 dts tinham E/E’>15. O VO2 max médio foi de 20±5,8ml/kg/min e o pro-BNP de 3146±4629pg/mL. Para além da correlação de outros parâmetros clássicos ecocardiográficos com o prognóstico (volumes VE, FE e E/E’), o VAE e o volume indexado da AE (VAE/SC) mostraram uma correlação com o prognóstico (EC) com r=0,4 (p=0,02) que não se verificou para o diâmetro da AE (p=ns). Em relação à tolerância ao esforço, houve uma correlação inversa entre o diâmetro, o volume e o volume indexado da AE e o VO2max, com maior significado estatístico para o VAE e VAE/SC com r=-0,48, p=0,008. Quanto ao pro-BNP, quer o diâmetro, quer o VAE (ou volume indexado) tiverem o mesmo nível de significado estatístico (r=0,43; p=0,02). O valor predictivo de eventos (curvas ROC) para o VAE foi de 70ml e de 37ml/m2 para o VAE/m2. Conclusão: O volume da aurícula esquerda/volume indexado é um parâmetro ecocardiográfico com significado prognóstico em dts com deficiente função ventricular esquerda, correlacionando-se com a tolerância ao esforço e pro-BNP.