[ES] Los modelos de riesgo en el ámbito de la salud son métodos estadísticos que brindan advertencias tempranas sobre el riesgo de una persona de sufrir un episodio adverso en el futuro. Por lo general, utilizan la información almacenada de forma rutinaria en los sistemas de información hospitalaria para ofrecer una probabilidad individual de desarrollar un resultado negativo futuro en un período determinado. Concretamente, en el campo de las enfermedades crónicas que comparten factores de riesgo comunes, los modelos de riesgo se basan en el análisis de esos factores de riesgo -tensión arterial elevada, glucemia elevada, lípidos sanguíneos anormales, sobrepeso y obesidad- y sus medidas biométricas asociadas. Estas medidas se recopilan durante la práctica clínica de manera periódica y, se incorporan a los modelos de riesgo para apoyar a los médicos en la toma de decisiones. Para crear modelos de riesgo que incluyan la variable temporal, se podrían utilizar técnicas basadas en datos (Data-Driven), de forma que se tuviera en cuenta el historial de los pacientes almacenado en los registros médicos electrónicos, extrayendo conocimiento de los datos en bruto. Sin embargo, en el ámbito de la salud, los resultados de la minería de datos suelen ser percibidos por los expertos en salud como cajas negras y, en consecuencia, no confían en sus decisiones. El paradigma Interactivo permite a los expertos comprender los resultados, para que los profesionales puedan corregir esos modelos de acuerdo con su conocimiento y experiencia, proporcionando modelos perceptivos y cognitivos. En este contexto, la minería de procesos es una técnica de minería de datos que permite la implementación del paradigma Interactivo, ofreciendo una comprensión clara del proceso de atención y proporcionando modelos comprensibles para el ser humano. Las condiciones crónicas generalmente se describen mediante imágenes estáticas de variables, como factores genéticos, fisiológicos, ambientales y de comportamiento. Sin embargo, la perspectiva dinámica, temporal y de comportamiento no se consideran comúnmente en los modelos de riesgo. Eso significa que el último estado de riesgo se convierte en el estado real del paciente. No obstante, la condición de los pacientes podría verse influenciada por sus condiciones dinámicas pasadas. El objetivo de esta tesis es proporcionar una visión novedosa del riesgo asociado a un paciente, basada en tecnologías Data-Driven que ofrezcan una visión dinámica de su evolución con respecto a su condición crónica. Técnicamente, supone abordar los modelos de riesgo incorporando la perspectiva dinámica y comportamental de los pacientes gracias a la información incluida en la Historia Clínica Electrónica. Los resultados obtenidos a lo largo de esta tesis muestran cómo las tecnologías de minería de procesos pueden aportar una visión dinámica e interactiva de los modelos de riesgo de enfermedades crónicas. Estos resultados pueden ayudar a los profesionales de la salud en la práctica diaria para una mejor comprensión del estado de salud de los pacientes y una mejor clasificación de su estado de riesgo. / [CA] Els models de risc en l'àmbit de la salut són mètodes estadístics que brinden advertències primerenques sobre el risc d'una persona de patir un episodi advers en el futur. Generalment, utilitzen la informació emmagatzemada de forma rutinària en els sistemes d'informació hospitalària per a oferir una probabilitat individual de desenrotllar un resultat negatiu futur en un període determinat. Concretament, en el camp de les malalties cròniques que compartixen factors de risc comú, els models de risc es basen en l'anàlisi d'eixos factors de risc -tensió arterial elevada, glucèmia elevada, lípids sanguinis anormals, sobrecàrrega i obesitat- i les seues mesures biomètriques associades. Estes mesures es recopilen durant la pràctica clínica ben sovint de manera periòdica i, en conseqüència, s'incorporen als models de risc i recolzen la presa de decisions dels metges. Per a crear estos models de risc que incloguen la variable temporal es podrien utilitzar tècniques basades en dades (Data-Driven) , de manera que es tinguera en compte l'historial dels pacients disponible en els registres mèdics electrònics, extraient coneixement de les dades en brut. No obstant això, en l'àmbit de la salut, els resultats de la mineria de dades solen ser percebuts pels experts en salut com a caixes negres i, en conseqüència, no confien en les decisions dels algoritmes. El paradigma Interactiu permet als experts comprendre els resultats, perquè els professionals puguen corregir eixos models d'acord amb el seu coneixement i experiència, proporcionant models perceptius i cognitius. En este context, la mineria de processos és una tècnica de mineria de dades que permet la implementació del paradigma Interactiu, oferint una comprensió clara del procés d'atenció i proporcionant models comprensibles per al ser humà. Les condicions cròniques generalment es descriuen per mitjà d'imatges estàtiques de variables, com a factors genètics, fisiològics, ambientals i de comportament. No obstant això, la perspectiva dinàmica, temporal i de comportament no es consideren comunament en els models de risc. Això significa que l'últim estat de risc es convertix en l'estat real del pacient. No obstant això, la condició dels pacients podria veure's influenciada per les seues condicions dinàmiques passades. L'objectiu d'esta tesi és proporcionar una visió nova del risc, associat a un pacient, basada en tecnologies Data-Driven que oferisquen una visió dinàmica de l'evo\-lució dels pacients respecte a la seua condició crònica. Tècnicament, suposa abordar els models de risc incorporant la perspectiva dinàmica i el comportament dels pacients als models de risc gràcies a la informació inclosa en la Història Clínica Electrònica. Els resultats obtinguts al llarg d'esta tesi mostren com les tecnologies de mineria de processos poden aportar una visió dinàmica i interactiva dels models de risc de malalties cròniques. Estos resultats poden ajudar els professionals de la salut en la pràctica diària per a una millor comprensió de l'estat de salut dels pacients i una millor classificació del seu estat de risc. / [EN] Risk models in the healthcare domain are statistical methods that provide early warnings about a person's risk for an adverse episode in the future. They usually use the information routinely stored in Hospital Information Systems to offer an individual probability for developing a future negative outcome in a given period. Concretely, in the field of chronic diseases that share common risk factors, risk models are based on the analysis of those risk factors -raised blood pressure, raised glucose levels, abnormal blood lipids, and overweight and obesity- and their associated biometric measures. These measures are collected during clinical practice frequently in a periodic manner, and accordingly, they are incorporated into the risk models to support clinicians' decision-making. Data-Driven techniques could be used to create these temporal-aware risk models, considering the patients' history included in Electronic Health Records, and extracting knowledge from raw data. However, in the healthcare domain, Data Mining results are usually perceived by the health experts as black-boxes, and in consequence, they do not trust in the algorithms' decisions. The Interactive paradigm allows experts to understand the results, in that sense, professionals can correct those models according to their knowledge and experience, providing perceptual and cognitive models. In this context, Process Mining is a Data Mining technique that enables the implementation of the Interactive paradigm, offering a clear care process understanding and providing human-understandable models. Chronic conditions are usually described by static pictures of variables, such as genetic, physiological, environmental, and behavioural factors. Nevertheless, the dynamic, temporal, and behavioural perspectives are not commonly considered in the risk models. That means the last status of the risk becomes the actual status of the patient. However, the patients' condition could be influenced by their past dynamic circumstances. The objective of this thesis is to provide a novel risk vision based on Data-Driven technologies offering a dynamic view of the patients' evolution regarding their chro\-nic condition. Technically, it supposes to approach risk models incorporating the dynamic and behavioural perspective of patients to the risk models thanks to the information included in the Electronic Health Records. The results obtained throughout this thesis show how Process Mining technologies can bring a dynamic and interactive view of chronic disease risk models. These results can support health professionals in daily practice for a better understanding of the patients' health condition and a better classification of their risk status. / Valero Ramón, Z. (2022). Dynamic Risk Models for Characterising Chronic Diseases' Behaviour Using Process Mining Techniques [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181652

Tesis por compendio / [ES] En esta tesis doctoral se propone y evalúa un sistema para detectar señales débiles (weak signals) relacionadas con cambios futuros trascendentales. Si bien la mayoría de las soluciones conocidas se basan en el uso de datos estructurados, el sistema propuesto detecta cuantitativamente estas señales utilizando información heterogénea y no estructurada de fuentes científicas, periodísticas y de redes sociales. La predicción de nuevas tendencias en un medio tiene muchas aplicaciones. Por ejemplo, empresas y startups se enfrentan a cambios constantes en sus mercados que son muy difíciles de predecir. Por esta razón, el desarrollo de sistemas para detectar automáticamente cambios futuros significativos en una etapa temprana es relevante para que cualquier organización tome decisiones acertadas a tiempo. Este trabajo ha sido diseñado para obtener señales débiles del futuro en cualquier campo dependiendo únicamente del conjunto de datos de entrada de documentos. Se aplican técnicas de minería de textos y procesamiento del lenguaje natural para procesar todos estos documentos. Como resultado, se obtiene un mapa con un ranking de términos, una lista de palabras clave clasificadas automáticamente y una lista de expresiones formadas por múltiples palabras. El sistema completo se ha probado en cuatro sectores diferentes: paneles solares, inteligencia artificial, sensores remotos e imágenes médicas. Este trabajo ha obtenido resultados prometedores, evaluados con dos metodologías diferentes. Como resultado, el sistema ha sido capaz de detectar de forma satisfactoria nuevas tendencias en etapas muy tempranas que se han vuelto cada vez más importantes en la actualidad. La computación cuántica es un nuevo paradigma para una multitud de aplicaciones informáticas. En esta tesis doctoral también se presenta un estudio de las tecnologías disponibles en la actualidad para la implementación física de qubits y puertas cuánticas, estableciendo sus principales ventajas y desventajas, y los marcos disponibles para la programación e implementación de circuitos cuánticos. Con el fin de mejorar la efectividad del sistema, se describe un diseño de un circuito cuántico basado en máquinas de vectores de soporte (SVM) para la resolución de problemas de clasificación. Este circuito está especialmente diseñado para los ruidosos procesadores cuánticos de escala intermedia (NISQ) que están disponibles actualmente. Como experimento, el circuito ha sido probado en un computador cuántico real basado en qubits superconductores por IBM como una mejora para el subsistema de minería de texto en la detección de señales débiles. Los resultados obtenidos con el experimento cuántico muestran también conclusiones interesantes y una mejora en el rendimiento de cerca del 20% sobre los sistemas convencionales, pero a su vez confirman que aún se requiere un desarrollo tecnológico continuo para aprovechar al máximo la computación cuántica. / [CA] En aquesta tesi doctoral es proposa i avalua un sistema per detectar senyals febles (weak signals) relacionats amb canvis futurs transcendentals. Si bé la majoria de solucions conegudes es basen en l'ús de dades estructurades, el sistema proposat detecta quantitativament aquests senyals utilitzant informació heterogènia i no estructurada de fonts científiques, periodístiques i de xarxes socials. La predicció de noves tendències en un medi té moltes aplicacions. Per exemple, empreses i startups s'enfronten a canvis constants als seus mercats que són molt difícils de predir. Per això, el desenvolupament de sistemes per detectar automàticament canvis futurs significatius en una etapa primerenca és rellevant perquè les organitzacions prenguen decisions encertades a temps. Aquest treball ha estat dissenyat per obtenir senyals febles del futur a qualsevol camp depenent únicament del conjunt de dades d'entrada de documents. S'hi apliquen tècniques de mineria de textos i processament del llenguatge natural per processar tots aquests documents. Com a resultat, s'obté un mapa amb un rànquing de termes, un llistat de paraules clau classificades automàticament i un llistat d'expressions formades per múltiples paraules. El sistema complet s'ha provat en quatre sectors diferents: panells solars, intel·ligència artificial, sensors remots i imatges mèdiques. Aquest treball ha obtingut resultats prometedors, avaluats amb dues metodologies diferents. Com a resultat, el sistema ha estat capaç de detectar de manera satisfactòria noves tendències en etapes molt primerenques que s'han tornat cada cop més importants actualment. La computació quàntica és un paradigma nou per a una multitud d'aplicacions informàtiques. En aquesta tesi doctoral també es presenta un estudi de les tecnologies disponibles actualment per a la implementació física de qubits i portes quàntiques, establint-ne els principals avantatges i desavantatges, i els marcs disponibles per a la programació i implementació de circuits quàntics. Per tal de millorar l'efectivitat del sistema, es descriu un disseny d'un circuit quàntic basat en màquines de vectors de suport (SVM) per resoldre problemes de classificació. Aquest circuit està dissenyat especialment per als sorollosos processadors quàntics d'escala intermèdia (NISQ) que estan disponibles actualment. Com a experiment, el circuit ha estat provat en un ordinador quàntic real basat en qubits superconductors per IBM com una millora per al subsistema de mineria de text. Els resultats obtinguts amb l'experiment quàntic també mostren conclusions interessants i una millora en el rendiment de prop del 20% sobre els sistemes convencionals, però a la vegada confirmen que encara es requereix un desenvolupament tecnològic continu per aprofitar al màxim la computació quàntica. / [EN] In this doctoral thesis, a system to detect weak signals related to future transcendental changes is proposed and tested. While most known solutions are based on the use of structured data, the proposed system quantitatively detects these signals using heterogeneous and unstructured information from scientific, journalistic, and social sources. Predicting new trends in an environment has many applications. For instance, companies and startups face constant changes in their markets that are very difficult to predict. For this reason, developing systems to automatically detect significant future changes at an early stage is relevant for any organization to make right decisions on time. This work has been designed to obtain weak signals of the future in any field depending only on the input dataset of documents. Text mining and natural language processing techniques are applied to process all these documents. As a result, a map of ranked terms, a list of automatically classified keywords and a list of multi-word expressions are obtained. The overall system has been tested in four different sectors: solar panels, artificial intelligence, remote sensing, and medical imaging. This work has obtained promising results that have been evaluated with two different methodologies. As a result, the system was able to successfully detect new trends at a very early stage that have become more and more important today. Quantum computing is a new paradigm for a multitude of computing applications. This doctoral thesis also presents a study of the technologies that are currently available for the physical implementation of qubits and quantum gates, establishing their main advantages and disadvantages and the available frameworks for programming and implementing quantum circuits. In order to improve the effectiveness of the system, a design of a quantum circuit based on support vector machines (SVMs) is described for the resolution of classification problems. This circuit is specially designed for the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computers that are currently available. As an experiment, the circuit has been tested on a real quantum computer based on superconducting qubits by IBM as an improvement for the text mining subsystem in the detection of weak signals. The results obtained with the quantum experiment show interesting outcomes with an improvement of close to 20% better performance than conventional systems, but also confirm that ongoing technological development is still required to take full advantage of quantum computing. / Griol Barres, I. (2022). Modelling of a System for the Detection of Weak Signals Through Text Mining and NLP. Proposal of Improvement by a Quantum Variational Circuit [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183029 / Compendio

[ES] En este trabajo se estudiarán y fabricarán electrodos y sensores depositados mediante diferentes técnicas de impresión sobre sustratos flexibles. En la primera parte se desarrollarán y se comprobará el funcionamiento de electrodos concéntricos tanto bipolares como tripolares para la captación de las señales de la actividad eléctrica del corazón humano. Se probarán tres tipos de deposición de tintas como son el huecograbado, la serigrafía y la inyección de tinta. Las tintas empleadas serán conductoras a base de plata (Ag) y grafito (C) como semiconductoras a base de polímeros orgánicos como el PEDOT-PSS. En otro capítulo se desarrollará y comprobará el funcionamiento de un "touch pad" realizado sobre sustratos textiles, también se desarrollará y comprobará el funcionamiento de un sensor gestual 3D implementado sobre sustrato textiles. Se analizarán la influencia los diferentes elementos constructivos sobre los sensores hápticos capacitivos implementados sobre sustratos textiles. Se analizarán distintas telas con diferentes tratamientos, midiendo las características eléctricas y su iteración con tintas conductoras (Ag) y tintas con polímeros orgánicos semiconductores y aislantes (dieléctricos). Finalmente se utilizará una tinta polimérica semiconductora a base de PEDOT-PSS para la realización de sensores resistivos de humedad y temperatura. Dicha tinta se probará en distintos sustratos, tanto flexibles (textiles y film plástico) como rígidos (alúmina). / [CA] En aquest treball s'estudiaran i fabricaran elèctrodes i sensors dipositats mitjançant tècniques d'impressió diferents sobre substrats flexibles. A la primera part es desenvoluparan i es comprovarà el funcionament d'elèctrodes concèntrics tant bipolars com tripolars per a la captació dels senyals de l'activitat elèctrica del cor humà. Es provaran tres tipus de deposició de tintes com són el gravat al buit, la serigrafia i la injecció de tinta. Les tintes emprades seran conductores a base de plata (Ag) i grafit (C) com a semiconductores a base de polímers orgànics com el PEDOT-PSS. A un altre capítol es desenvoluparà i comprovarà el funcionament d'un "touch pad" realitzat sobre substrats tèxtils, també es desenvoluparà i comprovarà el funcionament d'un sensor gestual 3D implementat sobre substrats tèxtils. S'analitzaran la influència dels diferents elements constructius sobre els sensors hàptics capacitius implementats sobre substrats tèxtils. S'analitzaran diferents teles amb diferents tractaments, mesurant les característiques elèctriques i la seva iteració amb tintes conductores (Ag) i tintes amb polímers orgànics semiconductors i aïllants (dielèctrics). Finalment, s'utilitzarà una tinta polimèrica semiconductor a base de PEDOT-PSS per a la realització de sensors resistius d'humitat i temperatura. Aquesta tinta es provarà en diferents substrats, tant flexibles (tèxtils i film plàstic) com a rígids (alúmina). / [EN] In this work, electrodes and sensors deposited by different printing techniques on flexible substrates will be studied and manufactured. In the first part, the operation of both bipolar and tripolar concentric electrodes for capturing the signals of the electrical activity of the human heart will be developed and tested. Three types of ink deposition will be tested, such as gravure, screen printing and inkjet. The inks used will be conductive based on silver (Ag) and graphite (C) as semiconductor based on organic polymers such as PEDOT-PSS. In another chapter, the operation of a touch pad made on textile substrates will be developed and verified, and the operation of a 3D gesture sensor implemented on textile substrates will also be developed and verified. The influence of the different constructive elements on the capacitive haptic sensors implemented on textile substrates will be analyzed. Different fabrics with different treatments will be analyzed, measuring the electrical characteristics and their iteration with conductive inks (Ag) and inks with semiconductor and insulating organic polymers (dielectric). Finally, a semiconductor polymeric ink based on PEDOT-PSS will be used for the realization of resistive humidity and temperature sensors. This ink will be tested on different substrates, both flexible (textiles and plastic film) and rigid (alumina). / Lidón Roger, JV. (2022). Estudio, desarrollo e implementación de sensores y actuadores realizados con tintes poliméricos sobre substratos flexibles mediante diferentes técnicas de deposición [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/187446

[ES] El dolor crónico constituye un problema social y económico de primer orden. Se estima que alrededor del 19% de la población sufre de esta patología y de ellos un 12% son pacientes afectados por dolor severo. El coste económico asociado a las consecuencias del dolor en España se calcula en torno al 2,5% del PIB. La neuroestimulación medular eléctrica tónica es una de las terapias de elección para pacientes aquejados de dolor crónico severo neuropático y vascular, refractario a tratamientos farmacológicos, desde hace más de cincuenta años. El éxito de la terapia, en términos de alivio del dolor, depende de muchos factores relativos al propio paciente (patología, características anatómicas y aspectos psicológicos), así como de aspectos técnicos asociados al dispositivo utilizado y a su programación. Una correcta programación del neuroestimulador, así como otros factores asociados a la elección de los electrodos y posición de éstos en el espacio epidural, constituye uno de los factores críticos para la eficacia de la terapia. Sin embargo, hay una enorme escasez de información respecto a estos aspectos, a pesar de la cantidad de información clínica que existe sobre la terapia. Esta tesis estudia, mediante un modelo de neuroestimulación medular basado en métodos matemáticos y simulación computacional, diversas configuraciones de electrodos, posición de éstos, y programación de polaridades, con la finalidad de extraer conclusiones de utilidad clínica en la terapia de neuroestimulación tónica. El modelo desarrollado está basado en dos submodelos: un modelo tridimensional que simula la distribución del campo eléctrico en la médula, en cualquier nivel metamérico, si bien el presente trabajo se centra en T8 y T10, denominado volumen conductor, y un modelo de fibra que permite estudiar si una fibra mielinizada de un determinado diámetro desarrolla un potencial de acción bajo la acción de un campo eléctrico externo. Utilizando este modelo, se ha estudiado el efecto de diferentes factores de enorme influencia en la práctica clínica: - Elección del material pre-implante: efecto de la distancia entre polos del electrodo en la estimulación (elección del electrodo). - Técnica de implante: efecto de la distancia lateral entre electrodos paralelos implantados a la misma altura metamérica (posicionamiento de los electrodos en el espacio epidural). - Herramientas de programación: estudio del efecto de la polaridad en la estimulación (resultados para las distintas polaridades utilizadas habitualmente). - Técnica para desplazar la parestesia lateralmente: estudio del efecto de la estimulación transversa. Se ha procedido además a un registro de distintos umbrales de estimulación para varias programaciones en una muestra de 26 pacientes, mediante un estudio clínico observacional registrado en el CEIC (Comité Ético de Investigación Clínica) del Consorcio Hospital General Universitario de Valencia, para validar el modelo. Como resultado de la tesis, se ha desarrollado un modelo que permite estudiar el efecto de la estimulación tónica en cualquier nivel metamérico y determinar su eficacia en la creación de potenciales de acción, y se han sugerido unas pautas para la elección de los parámetros asociados a la terapia que puedan ser de utilidad clínica. / [CA] El dolor crònic constitueix un problema social i econòmic de primer ordre. S'estima que al voltant del 19% de la població pateix d'aquesta patologia i d'ells un 12% són pacients afectats per dolor sever. El cost econòmic associat a les conseqüències del dolor a Espanya es calcula entorn del 2,5% del PIB. La neuroestimulació medul·lar elèctrica tònica és una de les teràpies d'elecció per a pacients afligits de dolor crònic sever neuropàtic i vascular, refractari a tractaments farmacològics, des de fa més de cinquanta anys. L'èxit de la teràpia, en termes d'alleujament del dolor, depén de molts factors relatius al propi pacient (patologia, característiques anatòmiques i aspectes psicològics), així com d'aspectes tècnics associats al dispositiu utilitzat i a la seua programació. Una correcta programació del *neuroestimulador, així com altres factors associats a l'elecció dels elèctrodes i posició d'aquests en l'espai epidural, constitueix un dels factors crítics per a l'eficàcia de la teràpia. No obstant això, hi ha una enorme escassetat d'informació respecte a aquests aspectes, malgrat la quantitat d'informació clínica que existeix sobre la teràpia. Aquesta tesi estudia, mitjançant un model de neuroestimulació medul·lar basat en mètodes matemàtics i simulació computacional, diverses configuracions d'elèctrodes, posició d'aquests, i programació de polaritats, amb la finalitat d'extraure conclusions d'utilitat clínica en la teràpia de neuroestimulació tònica. El model desenvolupat està basat en dos submodels: un model tridimensional que simula la distribució del camp elèctric en la medul·la, en qualsevol nivell metamèric, si bé el present treball se centra en T8 i T10, denominat volum conductor, i un model de fibra que permet estudiar si una fibra mielinitzada d'un determinat diàmetre desenvolupa un potencial d'acció sota l'acció d'un camp elèctric extern. Utilitzant aquest model, s'ha estudiat l'efecte de diferents factors d'enorme influència en la pràctica clínica: - Elecció del material pre-implant: efecte de la distància entre pols de l'elèctrode en l'estimulació (elecció de l'elèctrode). - Tècnica d'implant: efecte de la distància lateral entre elèctrodes paral·lels implantats a la mateixa altura metamèrica (posicionament dels elèctrodes en l'espai epidural). - Eines de programació: estudi de l'efecte de la polaritat en l'estimulació (resultats per a les diferents polaritats utilitzades habitualment). - Tècnica per a desplaçar la parestèsia lateralment: estudi de l'efecte de l'estimulació transversa. S'ha procedit a més a un registre de diferents llindars d'estimulació per a diverses programacions en una mostra de 26 pacients, mitjançant un estudi clínic observacional registrat en el CEIC (Comité Ètic d'Investigació Clínica) del Consorci Hospital General Universitari de València, per a validar el model. Com a resultat de la tesi, s'ha desenvolupat un model que permet estudiar l'efecte de l'estimulació tònica en qualsevol nivell metamèric i determinar la seua eficàcia en la creació de potencials d'acció, i s'han suggerit unes pautes per a l'elecció dels paràmetres associats a la teràpia que puguen ser d'utilitat clínica. / [EN] Chronic pain is a major social and economic problem. It is estimated that about 19% of the population suffers from this pathology and of them 12% are patients affected by severe pain. The economic cost associated with the consequences of pain in Spain is estimated at around 2.5% of GDP. Tonic spinal cord stimulation is one of the therapies of choice for patients suffering from severe chronic neuropathic and vascular pain, refractory to pharmacological treatments, for more than fifty years. The success of the therapy, in terms of pain relief, depends on many factors related to the patient himself (pathology, anatomical characteristics and psychological aspects), as well as technical aspects associated with the device used and its programming. A correct programming of the neurostimulator, as well as other factors associated with the choice of electrodes and their position in the epidural space, is one of the critical factors for the effectiveness of the therapy. However, there is a huge lack of information regarding these aspects, despite of the amount of clinical information that exists about the therapy. This thesis studies, using a model of spinal cord stimulation based on mathematical methods and computational simulation, several configurations of electrodes, position of these, and programming of polarities, in order to draw conclusions of clinical utility in tonic neurestimulation therapy. The model developed is based on two submodels: a three-dimensional model that calculates the distribution of the electric field in the spinal cord, at any metameric level, although the present work focuses on T8 and T10, called volume conductor, and a fiber model that allows to study if a myelinated fiber with certain diameter creates an action potential under the action of an external electric field. Using this model, the effect of different factors of big influence on clinical practice has been studied: - Choice of pre-implant material: effect of the distance between lead contacts on stimulation (lead choice). - Implant technique: effect of the lateral distance between parallel leads implanted at the same metameric level (positioning of the leads in the epidural space). - Programming tools: study of the effect of polarity on stimulation (results for the different polarities commonly used). - Technique to move paresthesia laterally: study of the effect of transverse stimulation. We have also registered different stimulation thresholds for several programs in a sample of 26 patients, through an observational clinical study registered in the CEIC (Clinical Research Ethics Committee) of the Consorcio Hospital General Universitario de Valencia, to validate the model. As a result of the thesis, a model has been developed that allows to study the effect of tonic stimulation at any metameric level and determine its effectiveness in the creation of action potentials, and some guidelines have been suggested for the choice of parameters associated with the therapy that may be clinically useful. / Durá Cantero, JL. (2022). Modelización de los efectos de la neuroestimulación medular [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/190245

[ES] Encontrar un método no invasivo de clasificación fiable para distinguir entre pacientes con cancer de próstata e hiperplasia benigna de próstata no es una tarea trivial. El antígeno prostático específico mas utilizado presenta un au- mento en otras situaciones como la retención de orina o la eyaculación. Los productos metabólicos celulares como los compuestos volatiles en forma de bio-fluidos presentan una oportunidad para estudiarlos con la tecnología de semiconductores de óxido de metal. Una nariz electrónica diseñada para estos biofiuidos podría convertirse en una prueba ambulatoria clave para disminuir el número de biopsias. El diseño 3D, la creación de circuitos electrónicos, neumáticos, la adecuación de las muestras, la creación de una base de datos estandarizada para narices electrónicas, la definición de una interfaz de usuario amigable para el profesional sanitario, un sistema securizado para la comunicación con un servidor de almacenamiento de datos y todo el software necesario para hacer viable la democratización de las narices electrónicas en atención hospitalaria configuran la estrategia del trabajo. Además, el método empleado para conseguir aumentar el número de datos ha resultado determinante para hacer mas sencillo el entrenamiento de la red neuronal con la que se ha logrado una precisión del 87% en la clasificación entre pacientes de cancer de próstata e hiperplasia benigna de próstata. Se ha escogido un formato libro donde recoger todos los aspectos significativos de la realización del estudio. El primer capítulo se centra en el proyecto de tesis a financiar, la problemática a resolver, los objetivos y el plan de trabajo. En el segundo capítulo se definen los conceptos, el sentido del olfato, la vejiga, la próstata, los sensores utilizados, indicadores de cancer y otros elementos como la nariz electrónica. Es con una nariz electrónica de donde se obtienen las señales que se tratan en el capítulo tercero. En este capítulo se muestran las características de las señales provenientes de pacientes con cancer de próstata y pacientes con hiperplasia benigna de próstata, su tratamiento, filtrado, comparación y uso para la clasificación de pacientes. Asimismo, se muestran dos métodos distintos de clasificación y estudio de los algoritmos para automatizar la misma. El capítulo cuarto se centra en la construcción de un prototipo. Se ha abordado este capítulo como un manual de construcción que permita al lector conocer el proceso realizado, la toma de decisiones y la técnica utilizada para la realización del hardware, software y el modelo 3D. Dado que la diversidad de especialidades que confluyen en el mismo proyecto puede imposibilitar el dominio de alguno de los campos tratados, incluso dentro del mismo campo de especialización, se ha preparado este capítulo con diagramas y código fu- ente que acompaña a las explicaciones de forma detallada. El propósito de este capítulo es permitir a investigadores de diversas areas de conocimiento su construcción sin necesidad de profundizar en otros campos. Además, en este capítulo se detallan los procedimientos a fin de favorecer la democratización de la nariz electrónica como instrumento científico y con la esperanza de proporcionar la base para futuras implementaciones en la comunidad científica. Para el autor, la tesis no es sólo un documento, es un período de evolución personal. Ha estado condicionada por factores diversos, una pandemia, el planteamiento inicial, la financiación, el grupo de acogida, la línea de investigación, el desarrollo socio-económico del autor y el propio autoaprendizaje en el proceso de ejecución. Es por ello que se ha plasmado en el capítulo quinto lo que ha guiado de una u otra manera, pero de forma significativa, la toma de decisiones. Este capítulo versa sobre el trabajo futuro y tres proyectos, COST y H2020, DE1-SoC ADC e-Nose y Detección de tumores, que han ejercido influencia en el desarrollo de la tesis. Las conclusiones se recogen en el capítulo sexto. No obstante, cada capítulo dispone de un apartado llamado "Reflexiones" donde se anotan aquellas ideas y conclusiones concretas sobre el mismo. De esta forma se proporciona al lector un instrumento de lectura rápida que permita su consulta como si se tratara de un manual, sin necesidad de leer la totalidad del documento. En resumen, en este estudio se detallan los métodos y procedimientos de la investigación realizada con pacientes de cáncer de próstata e hiperplasia benigna de próstata con el propósito de conseguir un prototipo de una nariz electrónica para la clasificación de pacientes haciendo uso de orina como biofluido. Se ha tratado de escribir una referencia desde la que seguir construyendo conocimiento en torno a las narices electrónicas aplicadas a la clasificación de pacientes. / [CA] Trobar una mètode no invasiu de classificació fiable per a distingir entre pacients amb càncer de pròstata i hiperplàsia benigna de pròstata no és una tasca trivial. L'antigen prostàtic específic més utilitzat presenta un augment en altres situacions com la retenció d'orina o l'ejaculació. Els productes metabòlics cel·lulars com els compostos volàtils en forma de bio-fluids presenten una oportunitat per tal d'estudiar-los amb la tecnologia de semiconductors d'òxid de metall. Un nas electrònic dissenyat per a aquestos bio-fluids podria convertir-se en una prova ambulatòria clau per tal de disminuir el nombre de biòpsies. El disseny 3D, la creació de circuits electrònics, pneumàtics, l'adequació de les mostres, la creació d'una base de dades estandarditzada per a nassos electrònics, la definició d'una interfície d'usuari amigable per al professional sanitari, un sistema securitzat per a la comunicació amb un servidor d'emmagatzemament de dades i tot el software necessari per tal de fer viable la democratització dels nassos electrònics en atenció hospitalària configuren l'estratègia del treball. A més, el mètode emprat per a aconseguir augmentar el nombre de dades ha resultat determinant per fer més senzill l'entrenament de la xarxa neuronal amb la qual s'ha aconseguit una precisió del 87% a la classificació entre pacients de càncer de pròstata i hiperplàsia benigna de pròstata. S'ha escollit un format llibre on recollir tots els indrets significatius de la realització de l'estudi. El primer capítol es centra en el projecte de tesi a finançar, la problemàtica a resoldre, els objectius i el pla de treball. Al segon capítol es defineixen els conceptes, el sentit de l'olfacte, la bufeta, la próstata, els sensors utilitzats, indicadors de càncer i altres elements com el nas electrònic. És amb un nas electrònic d'on s'obtenen les senyals que es tracten al capítol tercer. En aquest capítol es mostren les característiques dels senyals provinents de pacients amb càncer de pròstata i pacients amb hiperplàsia benigna de próstata, el seu tractament, filtrat, comparació i ús per a la classificació de pacients. Així mateix, es mostren dos mètodes diferents de classificació i estudi dels algorismes per a automatitzar la mateixa. El capítol quart es centra en la construcció d'un prototip. S'ha abordat aquest capítol com un manual de construcció que permeta al lector conéixer el procés realitzat, la presa de decisions i la tècnica emprada pera la realització tant del hardware, els software i com el model 3D. Com que la diversitat d'especialitats que conflueixen en el mateix projecte pot impossibilitar el domini d'algun dels camps tractats, inclòs dins del mateix camp d'especialització, s'ha preparat aquest capítol amb diagrames i codi font que acompanya les explicacions de forma detallada. El propòsit d'aquest capítol és permetre a investigadors de diverses àrees de coneixement la seva construcció sense necessitat d'aprofundir en altres camps. A més, en aquest capítol es detallen els procediments per tal d'afavorir la democratització del nas electrònic com a instrument científic i amb la esperança de proporcionar la base per a futures implementacions en la comunitat científica. Per a l'autor, la tesi no és sols un document, és un període d'evolució personal. Ha estat condicionada per factors diversos, una pandèmia, el plantejament inicial, el finançament, el grup d'acollida, la línia d'investigació, el desenvolupament socio-econòmic de l'autor i el propi autoaprenentatge al procés d'execució. És per això que s'ha plasmat al capítol cinqué allò que ha guiat d'una manera o d'altra, però de forma significativa, la presa de decisions. Aquest capítol versa sobre el treball futur i tres projectes, COST i H2020, DE1-SoC ADC e-Nose i Detecció de tumors, que han exercit influència al desenvolupament de la tesi. És un exercici de reflexió al voltant dels mateixos i són una mostra de la capacitat investigadora de l'autor. Les conclusions es recullen al capítol sisé. No obstant això, cada capítol disposa d'un apartat anomenat "Reflexions" on s'anoten aquelles idees i conclusions concretes sobre el mateix. D'aquesta manera es proporciona al lector un instrument de lectura ràpida que permeta la seva consulta com si es tractés d'un manual, sense necessitat de llegir la totalitat del document. En resum, en aquest estudi es detallen els mètodes i procediments de la investigació realitzada amb pacients de càncer de pròstata i hiperplàsia benigna de pròstata amb el propòsit d'aconseguir un prototip d'un nas electrònic per a la classificació de pacients fent ús d'orina com a bio-fluid. S'ha tractat d'escriure una referència des d'on seguir construint coneixement al voltant dels nassos electrònics aplicats a la classificació de pacients. / [EN] Finding a reliable non-invasive classification method to distinguish between patients with prostate cancer and benign prostatic hyperplasia is not a trivial task. The most commonly used specific prostate antigen shows an increase in other situations such as urinary retention or ejaculation. Cellular metabolic products, such as volatile compounds in the form of bio- fiuids, present an opportunity to study them by using metal oxide semiconduc- tor technology. An electronic nose designed for these bio-fiuids could become a key ambulatory test in order to decrease the number of biopsies. The strategy of the work is configured in diferent fields. Design a 3D set to enclose the electronics and penumatic circuits. The suitability of the samples it has to be studied furthermore the creation of a standardized database for electronic noses to store these samples. The definition of a friendly user interface for the health professional besides a system secured for communication with a data storage server. To sum up, all the software and hardware necessary to make viable the democratization of electronic noses in hospital care. In addition, the method be inployed to increase the number of data has been decisive to simplify the training of the neural network with which an accuracy of 87% has been achieved in the classification between prostate cancer patients and benign prostatic hyperplasia. A book format has been chosen to collect all the significant points of the study. The first chapter focuses on the thesis project to be financed, the problem to be solved, the objectives and the work plan. The second chapter defines the concepts, the sense of smell, the bladder, the prostate, the sensors used, cancer indicators and other elements such as the electronic nose. It is with an electronic nose that the signals discussed in chapter three are obtained. This chapter shows the characteristics of signals from patients with prostate cancer and patients with benign prostatic hyper- plasia, their treatment, filtering, comparison and use for patient classification. Likewise, two different methods of classification and study of the algorithms to automate the same are shown. The fourth chapter focuses on the construction of a prototype. This chapter has been approached as a construction manual that allows the reader to know the process carried out, the decision-making and the technique used to make both the hardware, the software and the 3D. Since the diversity of specialties that converge in the same project can make it impossible to master any of the fields discussed, including within the same field of specialization, this chapter has been prepared with diagrams and source code that accompanies the explanations of form detailed. The purpose of this chapter is to allow researchers from various areas of knowledge to construct it without the need to delve into other fields. In addition, this chapter details the procedures to promote the democratization of the electronic nose as a scientific instrument and with the hope of providing the basis for future implementations in the scientific community. For the author, the thesis is not just a document, it is a period of personal evolution. It has been conditioned by various factors, a pandemic, the initial approach, the funding, the host group, the line of research, the socioof the author and the self-learning in the execution process. That is why what has been shaped in the fifth has guided in one way or another, but in a significant way, the decision-making. This chapter deals with future work and three projects, COST and H2020, DE1-SoC ADC eNose and Tumor Detection, which have influenced the development of the thesis. It is an exercise in reflection about them and they are a sample of the author's research capacity. The conclusions are collected in chapter six. However, each chapter has a section called "Reflections" where those specific ideas and conclusions about the same are noted. / Talens Felis, JB. (2022). Anàlisi, disseny i implementació d'instrumentació no invasiva per a la detecció de càncer de pròstata i bufeta mitjançant tecnologia MOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/190835

[EN] The aim of this work is to demonstrate theoretically and experimentally how acoustic wave propagation can be controlled by temperature gradients. Starting with the simplest case of two hot wires in air the study extends over periodic structures known as Sonic Crystals (SCs). The Finite Elements Method (FEM) has been employed to perform numerical simulations in order to demonstrate collimation and focusing effect of acoustic waves in two-dimensional (2D) SC whose filling fraction is adjusted by temperature gradients. As a part of the research, Bragg reflection and Fabry-Perot type of acoustic effects are investigated for the proposed type of SC. As example, a SC with desired transmittance can be tailored. Also, gradient index (GRIN) 2D sonic lenses are studied. Using parallel rows of heated wires whose temperatures vary according to a prefixed gradient index law a GRIN lens can be designed with a given performance. Moreover, by changing the temperature of the wires a change in the filling fraction inside the GRIN SC can be achieved. Thus, the local refraction index, which is directly related to the filling fraction, is changed too and an index gradient variation inside the GRIN SC is obtained. This GRIN SC is a direct analogy of gradient media observed in nature. Like their optical counterparts, the investigated 2D GRIN SC lenses have flat surfaces and are easier for fabrication than curved SC lenses. The bending of sound waves obtained by GRIN acoustics structures can be used to focusing and collimating acoustic waves. Another aspect of this work is about tuning some SC properties as effective refractive index, effective mass density, etc. in order to obtain a SC with prefixed properties. Since active tuning of the phononic band gaps is certainly desirable for future applications with enhanced functionalities, few attempts have been made to develop tunable SCs thus far. By controlling the incident angle or operating frequency, a GRIN SC can dynamically adjust the curved trajectory of acoustic wave propagation inside the SC structure. Among the last studies of tunable SCs, the filling fractions were tuned either by direct physical deformation of the structure or external stimuli. The former is impractical for most applications and the latter often requires very strong stimuli to produce only modest adjustment. In this work another way to tune the SC properties is proposed. Hot and cold media have different density, speed of sound, refractive index, etc. in comparison with the same properties at normal conditions, so inserting temperature gradients inside the medium can be used to tune the SC properties in certain limits. The proposed way to obtain temperature gradients inside SC is by wires made of Nicrom which are heated by electrical currents. There are some important advantages of this method. First, changing the electrical current intensity through the wires the SC properties can be changed dynamically. Second, it is relatively easier to change the filling fraction simply by adjusting the current intensity than physically changing the structure or applying strong electric or magnetic fields. In conclusion, the method proposed in this thesis allows us, in principle, to get materials and structures with dynamically adjustable acoustic properties using the temperature control through electric current in the wires, within certain limits. Thus, it is easy to carry out experiments of wave propagation phenomena in a macroscopic scale similar to those that occur in microscopic structures for the propagation of electromagnetic waves of high frequency (microwaves and light). / [ES] El objetivo de este trabajo es demostrar teoréticamente y experimentalmente como la propagación de ondas acústicas puede ser controlada por gradientes de temperatura. Empezando con el caso más simple de dos hilos calientes en aire, el estudio se extiende sobre estructuras periódicas conocidas como cristales sónicos (CS). Se ha utilizado el Método de Elementos Finitos (FEM) para realizar simulaciones numéricas con el objetivo de demonstrar la colimación y focalización de ondas acústicas en CS bidimensionales (2D) cuya fracción de llenado es ajustable mediante gradientes de temperatura. Como parte de la investigación se ha analizado la reflexión de Bragg y el efecto de tipo Fabry-Perot asociados con los CSs estudiados. Entre los ejemplos tratados figuran un CS con una transmitancia ajustable a voluntad, dentro de ciertos límites. También se han estudiado lentes acústicas bidimensionales de gradiente de índice, basadas en gradiente de temperatura. Utilizando cortinas paralelas de hilos calientes cuya temperatura varía según una ley dada se puede diseñar una lente GRIN con propiedades determinadas. Por otra parte, cambiando la temperatura de los hilos se puede lograr un cambio en la fracción de llenado dentro del GRIN CS. Así, el índice de refracción local, que está directamente relacionado con la fracción de llenado, se cambia también y se obtiene una variación de gradiente de índice dentro del GRIN CS. Este GRIN CS es una analogía directa de medios con gradiente, observados en la naturaleza. Otro aspecto de este trabajo trata sobre el ajuste de algunas propiedades de un SC como el índice de refracción efectivo o la densidad efectiva con el objetivo de obtener unas propiedades deseadas del cristal. Como el ajuste activo de los bandgaps fonónicos es ciertamente deseado para futuras aplicaciones con funcionalidades mejoradas, hasta ahora se han hecho varios intentos de desarrollar CSs de características ajustables. Controlando el ángulo de incidencia o la frecuencia de funcionamiento, un GRIN CS puede ajustar dinámicamente la curvatura de la trayectoria de propagación dentro de la estructura CS. Entre los últimos estudios de CSs las fracciones de llenado se ajustaron mediante una deformación física directa de la estructura o mediante estímulos externos (por ejemplo campos eléctricos o magnéticos). El primero es poco práctico para una gran parte de las aplicaciones y el segundo a menudo requiere estímulos muy fuertes para ajustes modestos. En este trabajo se propone otra forma de ajustar las propiedades de un CS. Las propiedades acústicas del medio de propagación (densidad, índice de refracción) dependen de la temperatura, por tanto, introduciendo gradientes de temperatura dentro de dicho medio pueden ajustarse a voluntad las propiedades del CS dentro de ciertos límites. La manera de obtener gradientes de temperatura dentro del CS, propuesta en este estudio, es mediante hilos de nicrom calentados con corrientes eléctricas. Hay algunas ventajas importantes de este método. En primer lugar, cambiando la intensidad de corriente eléctrica que circula por los hilos se puede conseguir cambiar dinámicamente las propiedades del CS. En segundo lugar, es relativamente más fácil de cambiar la fracción de llenado simplemente ajustando la intensidad de la corriente eléctrica que modificar físicamente la estructura o aplicar fuertes campos eléctricos o magnéticos. En conclusión, el método propuesto en esta tesis permite, en principio, conseguir materiales y estructuras con propiedades acústicas ajustables dinámicamente mediante el control de la temperatura a través de la corriente eléctrica en los hilos, dentro de ciertos límites. De esta forma se puede experimentar fácilmente a escala macroscópica fenómenos de propagación de ondas análogos a los que ocurren en estructuras microscópicas para la propagación de ondas electromagnéticas de alta frecuencia (microondas y l / [CA] L'objectiu d'este treball és demostrar teorèticament i experimentalment com la propagació d'ones acústiques pot ser controlada per gradients de temperatura. Començant amb el cas més simple de dos fils calents en aire, l'estudi s'estén sobre estructures periòdiques conegudes com a cristalls sónics (CS) . S'ha utilitzat el Mètode d'Elements Finits (FEM) per a realitzar simulacions numèriques amb l'objectiu de demonstrar la col¿limació i focalització d'ones acústiques en CS bidimensionals (2D) la fracció de omplit de la qual és ajustable per mitjà de gradients de temperatura. Com a part de la investigació s'ha analitzat la reflexió de Bragg i l'efecte de tipus Fabry-Perot associats amb els CSs estudiats. Entre els exemples tractats figuren un CS amb una transmitancia ajustable a voluntat, dins de certs límits. També s'han estudiat lents acústiques bidimensionals de gradient d'índex, basades en gradient de temperatura. Utilitzant cortines paral¿leles de fils calents la temperatura de la qual varia segons una llei donada es pot dissenyar una lent GRIN amb propietats determinades. D'altra banda, canviant la temperatura dels fils es pot aconseguir un canvi en la fracció d'ompliment dins del GRIN CS. Així, l'índex de refracció local, que està directament relacionat amb la fracció d'ompliment, es canvia també i s'obté una variació de gradient d'índex dins del GRIN CS. Este GRIN CS és una analogia directa de mitjans amb gradient, observats en la naturalesa. Com les seues analogies òptiques, les lents, estudiades en este treball, tenen les superfícies planes i són més fàcils de fabricar que les lents corbades. La deflexión de les ones acústiques obtinguda per mitjà d'una lent de gradient GRIN es pot utilitzar per a focalitzar o colimar feixos de so. Un altre aspecte d'este treball tracta sobre l'ajust d'algunes propietats d'un SC com l'índex de refracció efectiu o la densitat efectiva amb l'objectiu d'obtindre unes propietats desitjades del cristall. Com l'ajust actiu dels bandgaps fonónicos és certament desitjat per a futures aplicacions amb funcionalitats millorades, fins ara s'han fet diversos intents de desenrotllar CSs de característiques ajustables. Controlant l'angle d'incidència o la freqüència de funcionament, un GRIN CS pot ajustar dinàmicament la curvatura de la trajectòria de propagació dins de l'estructura CS. Entre els últims estudis de CSs les fraccions d'ompliment es van ajustar per mitjà d'una deformació física directa de l'estructura o per mitjà d'estímuls externs. El primer és poc pràctic per a una gran part de les aplicacions i el segon sovint requerix estímuls molt forts per a ajustos modestos. En este treball es proposa una altra forma d'ajustar les propietats d'un CS. Les propietats acústiques del mig de propagació (densitat, índex de refracció) depenen de la temperatura, per tant, introduint gradients de temperatura dins del dit mitjà poden ajustar-se a voluntat les propietats del CS dins de certs límits. La manera d'obtindre gradients de temperatura dins del CS, proposta en este estudi, és per mitjà de fils de Nicrom calfats amb corrents elèctrics. Hi ha alguns avantatges importants d'este mètode. En primer lloc, canviant la intensitat de corrent elèctric que circula pels fils es pot aconseguir canviar dinàmicament les propietats del CS. En segon lloc, és relativament més fàcil de canviar la fracció d'ompliment simplement ajustant la intensitat del corrent elèctric que modificar físicament l'estructura o aplicar forts camps elèctrics o magnètics. En conclusió, el mètode proposat en esta tesi permet, en principi, aconseguir materials i estructures amb propietats acústiques ajustables dinàmicament per mitjà del control de la temperatura a través del corrent elèctric en els fils, dins de certs límits. D'esta manera es pot experimentar fàcilment a escala macroscòpica fenòmens de propagació d'ones anàlegs a què ocorren e / Ivanov Angelov, M. (2016). Sound Scattering by Lattices of Heated Wires [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63275

[EN] Over the last 20 years health system has been revolutionized by imaging technology so diagnostic imaging has become the mainstay of the management of patients. Nowadays, degeneration of the intervertebral discs, herniation and spinal stenosis are very common entities that affect millions of people and cause back pain. The development of computer-aided diagnosis (CAD) methods for classifying and quantifying these pathologies has increased in the past decade as a way to assist radiologists in the diagnosis task. So, the main objective of the first part of this Doctoral Thesis is the development of a CAD software for the classification and quantification of spine disease by means of Magnetic Resonance image analysis. To this end, two different groups of patients have been used, one as training group (14 patients) and the other as testing group (53 patients). To classify disc degeneration according to the gold standard, Pfirrmann classification, a method mainly based on the measurement of disc signal intensity and structure has been developed. The method developed to detect disc herniations has been focused on disc segmentation and its approximation by an ellipse, in this way it is possible to extract disc shape features for detecting contour abnormalities. The method developed to detect spinal stenosis, based on signal intensity, has been developed to extract the spinal canal and, by applying different techniques, to detect spinal stenosis at every intervertebral disc level and quantify the severity of the pathology. The results have shown a segmentation inaccuracy below 1%. Regarding reproducibility, it has been obtained an almost perfect agreement (measured by the k and ICC statistics) for all the analysed pathologies. The results have shown that the developed methods can assist radiologists to perform their decision-making tasks, providing support for enhanced reproducibility of MRI reports and achieving greater objectivity. However, not only the intervertebral discs are susceptible to suffer several pathologies. The vertebral bodies are also subject to a wide variety of diseases because of different circumstances. So, prior to any diagnosis task, an accurate detection and segmentation of the vertebral bodies are the first crucial steps. Therefore, the main objective of the second part of this Doctoral Thesis is the development of an automatic method for the detection and segmentation of the spine in Computed Tomography imaging. Performing an automatic and robust segmentation is a very challenging task due to the difficulty discriminating between the ribs and the vertebral bodies. To overcome this problem, two different segmentation methods have been combined: the first method uses a Level-Set method to perform an initial segmentation; the second method uses a probabilistic atlas to refine the initial segmentation with a special focus on ribs suppression. So a 3D volume indicating the probability of each voxel of belonging to the spine has been developed, by means of a set of images, corresponding to 14 patients (training group), manually segmented by an expert. The generated probability map has been deformed and adapted to each testing case. To evaluate the segmentation results and the improvement obtained after applying the atlas to the initial segmentation, the Dice similarity coefficient (DSC) and the Hausdorff distance (HD) have been used. The results have shown up an average of 11 mm of improvement in segmentation accuracy in terms of HD, obtaining an overall final average of 14,98 ± 1,32 mm. A refinement of 1,3 % has been obtained in terms of DSC, with a global value of 91,75 ± 1,20 %. The study has demonstrated that the atlas is able to detect and appropriately eliminate the ribs while improving the segmentation accuracy. / [ES] En los últimos 20 años el sistema sanitario se ha visto revolucionado por la tecnología de la imagen, por lo que el diagnóstico por imagen se ha convertido en un pilar fundamental en el manejo de los pacientes. Hoy en día la degeneración de los discos intervertebrales, la hernia discal y la estenosis del canal vertebral, son tres patologías que afectan a millones de personas y causan dolor de espalda. El desarrollo de sistemas CAD para clasificar y cuantificar estas patologías se ha incrementado en la última década como una forma de ayuda al radiólogo en el diagnóstico. Por tanto, la primera parte de esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el desarrollo de un sistema CAD para la clasificación y cuantificación de la patología discal por medio del análisis de Imagen por Resonancia Magnética. Con este fin se han utilizado dos grupos de pacientes, uno como grupo de entrenamiento (14 pacientes) y el otro como grupo de prueba (53 pacientes). Para la clasificación de la degeneración discal se ha desarrollado un método basado en el cálculo de la estructura del disco y de su señal de intensidad. El método de detección de herniaciones se ha centrado en la segmentación del disco y su aproximación por una elipse, para extraer así información sobre la forma del disco. El método de detección de estenosis, basado en la señal de intensidad, ha sido desarrollado para extraer el canal vertebral y, con la aplicación de diferentes técnicas, detectar estrechamientos a la altura de los discos y cuantificar la gravedad de los mismos. Los resultados han demostrado una alta precisión en la segmentación, con un error inferior al 1 %. En cuanto a la reproducibilidad, se ha obtenido un acuerdo casi perfecto (medido con los coeficientes CCI y k) para todas las patologías analizadas. Los resultados obtenidos demuestran que los métodos desarrollados pueden servir de ayuda al radiólogo en el diagnóstico, mejorando la reproducibilidad y logrando una mayor objetividad. Sin embargo, no sólo los discos intervertebrales son susceptibles de sufrir alguna patología. Los cuerpos vertebrales también pueden sufrir lesiones por diversas circunstancias. No obstante, antes de realizar cualquier tarea de diagnóstico, llevar a cabo una detección y segmentación precisa de los cuerpos vertebrales es un primer paso crucial. Así pues, la segunda parte de esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el desarrollo de un método automático para la detección y segmentación de la columna vertebral por medio del análisis de Tomografía Computarizada. Llevar a cabo una segmentación automática y precisa es una tarea complicada debido principalmente a la gran dificultad para distinguir entre los cuerpos vertebrales y las costillas. Para solucionar este problema se han combinado dos métodos de segmentación diferentes: el primero utiliza un método Level-Set para llevar a cabo una segmentación inicial; el segundo utiliza un atlas probabilístico, para refinar la segmentación inicial, con un enfoque especial en la supresión de las costillas. Por tanto, se ha obtenido un volumen 3D indicando la probabilidad de cada voxel de pertenecer o no a la columna vertebral, por medio de un conjunto de imágenes correspondientes a 14 pacientes segmentadas manualmente por un experto. El mapa de probabilidad generado ha sido deformado y adaptado a cada uno de los 7 pacientes del grupo de prueba. Para evaluar los resultados de la segmentación y la mejora obtenida después de aplicar el atlas a la segmentación inicial, se ha utilizado el coeficiente Dice (DSC) y la distancia Hausdorff (HD). Los resultados han demostrado una mejora en la precisión de la segmentación de 11 mm de media en términos de HD, con una media global de 14,98 ± 1,32 mm. En términos de DSC se ha obtenido una mejora de un 1,3 % , con una media global de 91,75 ± 1,20 %. El estudio ha demostrado que el atlas es capaz de detectar y eliminar apropiadamente las estructuras costales / [CA] En els últims 20 anys el sistema sanitari s'ha vist revolucionat per la tecnologia de la imatge, per la qual cosa el diagnòstic per imatge s'ha convertit en un pilar fonamental en el maneig dels pacients. Hui en dia la degeneració dels discos intervertebrals, l'hèrnia discal i l'estenosi del canal vertebral, són tres patologies molt comunes que afecten milions de persones i causen dolor d'esquena. El desenvolupament de sistemes CAD per a classificar i quantificar estes patologies s'ha incrementat en l'última dècada com una forma d'ajuda al radiòleg en el diagnòstic. Per tant, la primera part d'aquesta Tesi Doctoral té com a objectiu el desenvolupament d'un sistema CAD per a la classificació i quantificació de la patologia discal per mitjà de l'anàlisi d'Imatge per Ressonància Magnètica. Amb aquest fi s'han utilitzat dos grups de pacients distints, un com a grup d'entrenament (14 pacients) i l'altre com a grup de prova (53 pacients). Per a la classificació de la degeneració discal, s'ha desenvolupat un mètode basat en el càlcul de l'estructura del disc i del seu senyal d'intensitat. El mètode de detecció d'herniacions s'ha centrat en la segmentació del disc i la seua aproximació per una el·lipse, per a extraure així informació sobre la forma del disc. El mètode de detecció d'estenosi, basat en el senyal d'intensitat, ha sigut desenvolupat per a extraure el canal vertebral i amb l'aplicació de diferents tècniques detectar estrenyiments a l'altura dels discos i quantificar la gravetat dels mateixos. Els resultats han demostrat una alta precisió en la segmentació, amb un error inferior a l'1 %. En quant a la reproduïbilitat, s'ha obtingut un acord quasi perfecte (mesurat amb els coeficients CCI i k) per a totes les patologies analitzades. Els resultats obtinguts demostren que els mètodes desenvolupats poden servir d'ajuda al radiòleg en el diagnòstic, millorant la reproduïbilitat i aconseguint una major objectivitat. No obstant això, no sols els discos intervertebrals són susceptibles de patir alguna patologia. Els cossos vertebrals també poden patir lesions per diverses circumstàncies. Per tant, abans de realitzar qualsevol tasca de diagnòstic, dur a terme una detecció i segmentació precisa dels cossos vertebrals és un primer pas crucial. Així, doncs, la segona part d'aquesta Tesi Doctoral té com a objectiu el desenvolupament d'un mètode automàtic per a la detecció i segmentació de la columna vertebral per mitjà de l'anàlisi de Tomografia Computada. Dur a terme una segmentació automàtica i precisa és una tasca complicada degut principalment a la gran dificultat per a distingir entre els cossos vertebrals i les costelles. Per a solucionar aquest problema s'han combinat dos mètodes de segmentació diferents: el primer utilitza un mètode Level-Set per a dur a terme una segmentació inicial; el segon utilitza un atles probabilístic, per a refinar la segmentació inicial amb un enfocament especial en la supressió de les costelles. Per tant, s'ha obtingut un volum 3D indicant la probabilitat de cada voxel de pertànyer o no a la columna vertebral, per mitjà d'un conjunt d'imatges corresponents a 14 pacients (grup d'entrenament) segmentades manualment per un expert. El mapa de probabilitat generat ha sigut deformat i adaptat a cadascun dels 7 pacients del grup de prova. Per a avaluar els resultats de la segmentació i la millora obtinguda després d'aplicar l'atles a la segmentació inicial, s'ha utilitzat el coeficient Dice (DSC) i la distància Hausdorff (HD). Els resultats han demostrat una millora en la precisió de la segmentació d'11 mm de mitja en termes de HD, amb una mitja global de 14,98 ± 1,32 mm. S'ha obtingut una millora d'un 1,3 % en termes de DSC, amb una mitja global de 91,75 ± 1,20 %. L'estudi ha demostrat que l'atles és capaç de detectar i eliminar apropiadament les estructures costals alhora que millora la precisió de la segmentació. / Ruiz España, S. (2016). CARACTERIZACIÓN CUANTITATIVA DE LA PATOLOGÍA DISCAL Y LUMBAR DEGENERATIVA MEDIANTE ANÁLISIS DE IMAGEN POR RESONANCIA MAGNÉTICA Y DETECCIÓN Y SEGMENTACIÓN DE LA COLUMNA VERTEBRAL EN PACIENTES ONCOLÓGICOS A PARTIR DEL ANÁLISIS DE IMAGEN EN TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68485

Tesis por compendio / Neutrino telescopes are a new way of looking at the Universe. For more than a decade these structures are being designed to study the Universe from a new point of view, that is, from the particles generated in the cosmic accelerators of particles. These infrastructures are not only useful to study the Universe, but they can also be used in the field of Particle Physics and even in the study of underwater life. Most of these telescopes are based on the detection of the so-called Cherenkov light using photomultipliers, the difference between them lies in the medium in which they are located (ice or water) and in the infrastructure used. Specifically, European telescopes mount these photomultipliers in an underwater vertical structure anchored at great depth, which is under the influence of sea currents. For this reason they suffer displacements that affect the location of the photomultipliers and it becomes necessary to implement a positioning system for the telescope to be functional. For this, an acoustic system consisting of emitters anchored to the sea floor and receivers located at the different levels of the vertical structure is used. One of the objectives of the present thesis is the development of these acoustic emitters. For this purpose we have developed different laboratory prototypes with different features until obtaining an improved prototype that was installed and tested in ANTARES and NEMO telescopes. This showed that the prototype worked perfectly within the established requirements and then, we proceed to design a final version of the much more powerful and functional emitter, acoustic beacon, to be mounted inside aluminum vessels together with an omnidirectional acoustic transducer, which will be located in anchored positions of the new KM3NeT neutrino telescope. In collaboration with the MSM Company, 18 acoustic beacons were developed for KM3NeT-ARCA being two of them installed in the first marine campaign at the end of 2015, and being able then to verify their correct operation. On the other hand, interaction of ultraenergetic neutrinos with matter also produces a thermoacoustic pulse with bipolar form, axial symmetry and highly directive. The feasibility of the acoustic detection technique and the possibility of implementing it in these telescopes have been under study for years. In order to test and calibrate this technique, it is necessary to have an acoustic emitter system able of generating a signal similar to the neutrino signature. This has been the second objective developed in this thesis. To achieve this objective, a compact and versatile calibrator based on an array of acoustic transducers using parametric generation has been designed. Given the complexity of the pulse to emulate and the novelty of the technique to be used, it has been necessary to carry out different laboratory tests in order to obtain suitable transducers and electronics able of making them to work at the required power and efficiency. The positive results obtained in this line suggest that we will be able to obtain a full functional neutrino acoustic calibrator soon. Finally, I would like to mention that I have participated in the different research and activities described in the thesis, putting especial emphasis in the development of the electronics and the software/firmware of the developed acoustic emitters. / Los telescopios de neutrinos son una nueva forma de observar el Universo. Desde hace más de una década se están diseñando este tipo de estructuras con el propósito de estudiar el Universo desde un nuevo punto de vista, el de las partículas que se generan en los aceleradores de partículas cósmicos. Estas infraestructuras no solo se limitan al estudio del Universo, sino que también pueden ser utilizadas en el campo de la Física de partículas e incluso en el estudio de la vida submarina. La mayoría de estos telescopios se basan en la detección de la llamada luz de Cherenkov mediante fotomultiplicadores, la diferencia entre ellos radica en el medio en que se ubican (hielo o agua) y en la infraestructura utilizada. Concretamente, los telescopios europeos montan dichos fotomultiplicadores en una estructura vertical submarina anclada a gran profundidad, la cual está sometida a la influencia de las corrientes marinas. Por este motivo sufren desplazamientos que afectan a la localización de los fotomultiplicadores y se hace necesaria la implementación de un sistema de posicionamiento para que el telescopio sea funcional. Para ello se utiliza un sistema acústico consistente en unos emisores anclados al suelo marino y unos receptores situados en los diferentes niveles de la estructura vertical. Uno de los objetivos de la presente tesis es el desarrollo de estos emisores acústicos. Con este fin se han desarrollado diferentes prototipos de laboratorio con los que se han ido escalando prestaciones hasta obtener un prototipo que ha sido instalado y testeado en los telescopios ANTARES y NEMO. Así se demostró que el prototipo funcionaba perfectamente dentro de los requisitos establecidos, pasándose a diseñar una versión final del emisor acústico mucho más potente y funcional para ser montada dentro de vasijas de aluminio junto con un traductor omnidireccional en las anclas del nuevo telescopio de neutrinos KM3NeT. Conjuntamente con la empresa MSM se elaboraron 18 equipos para KM3NeT-ARCA, dos de los cuales fueron instalados en la primera campaña marina a finales de 2015 comprobándose su correcto funcionamiento. Por otro lado, la interacción de los neutrinos ultraenergéticos con la materia también produce un pulso termoacústico con forma bipolar, simetría axial y altamente directivo. Desde hace años se está estudiando la viabilidad de la técnica de detección acústica y la posibilidad de implementarla en dichos telescopios. Para poder poner a prueba y calibrar dicha técnica es necesario disponer de un sistema emisor acústico que sea capaz de generar una señal similar a la descrita. Este ha sido el segundo objetivo desarrollado en esta tesis. Para ello se ha diseñado un calibrador compacto y versátil basado en un array de transductores acústicos usando generación paramétrica. Dada la complejidad del pulso a emular y lo novedoso de la técnica a utilizar, se ha requerido la realización de numerosas pruebas de laboratorio con el fin de conseguir unos transductores adecuados y la electrónica capaz de hacerlos funcionar a la potencia y eficiencia requerida. Los positivos resultados obtenidos en esta línea hacen prever que, en breve, podremos obtener un calibrador acústico de neutrinos funcional. Finalmente, cabe reseñar que he participado en las diferentes investigaciones y actividades que se describen en la tesis, siendo mi cometido principal el desarrollo tanto de la electrónica como de los diferentes softwares/firmwares implicados en los emisores acústicos desarrollados. / Els telescopis de neutrins són una nova forma d'observar l'Univers. Des de fa més d'una dècada s'estan dissenyant aquest tipus d'estructures amb el propòsit d'estudiar l'Univers des d'un nou punt de vista, el de les partícules que es generen en els acceleradors de partícules còsmics. Estes infraestructures no sols es limiten a l'estudi de l'Univers, sinó que també poden ser utilitzades en el camp de la Física de partícules i fins i tot en l'estudi de la vida submarina. La majoria d'aquests telescopis es basen en la detecció de l'anomenada llum de Cherenkov per mitjà de fotomultiplicadors, la diferència entre ells radica en el mig en què s'ubiquen (gel o aigua) i en la infraestructura utilitzada. Concretament, els telescopis europeus munten dits fotomultiplicadors en una estructura vertical submarina ancorada a gran profunditat, la qual està sotmesa a la influència dels corrents marins. Per este motiu pateixen desplaçaments que afecten a la localització dels fotomultiplicadors i es fa necessària la implementació d'un sistema de posicionament per a què el telescopi siga funcional. Per a això s'utilitza un sistema acústic consistent en uns emissors ancorats al sòl marí i uns receptors situats en els diferents nivells de l'estructura vertical. Un dels objectius de la present tesi és el desenvolupament d'aquests emissors acústics. Amb este fi s'han desenvolupat diferents prototips de laboratori amb els quals s'han anat escalant prestacions fins a obtindre un prototip que ha sigut instal·lat i testeat en els telescopis ANTARES i NEMO. Així es va demostrar que el prototip funcionava perfectament dins dels requisits establerts, passant-se a dissenyar una versió final de l'emissor acústic molt més potent i funcional per a ser muntada dins d'atuells d'alumini junt amb un traductor omnidireccional en les àncores del nou telescopi de neutrins KM3NeT. Conjuntament amb l'empresa MSM es van elaborar 18 equips per a KM3NeT-ARCA, dos dels quals van ser instal·lats en la primera campanya marina a finals de 2015 comprovant-se el seu correcte funcionament. D'altra banda, la interacció dels neutrins ultraenergètics amb la matèria també produeix un pols termoacústic amb forma bipolar, simetria axial i altament directiu. Des de fa anys s'està estudiant la viabilitat de la tècnica de detecció acústica i la possibilitat d'implementar-la en els esmentats telescopis. Per a poder posar a prova i calibrar esta tècnica és necessari disposar d'un sistema emissor acústic que siga capaç de generar un senyal semblant al descrit. Aquest ha sigut el segon objectiu desenvolupat en aquesta tesi. Per a això s'ha dissenyat un calibrador compacte i versàtil basat en un array de transductores acústics utilitzant generació paramètrica. Donada la complexitat del pols a emular i la novetat de la tècnica a utilitzar, s'ha requerit la realització de nombroses proves de laboratori a fi d'aconseguir uns transductors adequats i l'electrònica capaç de fer-los funcionar a la potència i eficiència requerida. Els positius resultats obtinguts en esta línia fan preveure que, en breu, podrem obtindre un calibrador acústic de neutrins funcional. Finalment, cal ressenyar que he participat en les diferents investigacions i activitats que es descriuen en la tesi, sent la meua comesa principal el desenvolupament tant de l'electrònica com dels diferents softwares/firmwares implicats en els emissors acústics desenvolupats. / Llorens Alvarez, CD. (2017). Diseño y desarrollo de la electrónica de los emisores acústicos para los sistemas de posicionamiento y calibración de telescopios submarinos de neutrinos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/88401 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] Dos aspectos críticos en la operación de una microrred son las estrategias de control y gestión de potencia implementadas, las cuales son esenciales para proporcionar su buen funcionamiento. La aplicación adecuada de dichas estrategias permite compensar los desequilibrios de potencia causados por la discontinuidad de la generación y de la demanda de energía en las microrredes. En este sentido, el objetivo global de estas estrategias de gestión es equilibrar adecuadamente el flujo de potencia en la microrred, mediante la aplicación de diferentes algoritmos que permiten cumplir con los criterios de estabilidad, protección, balance de potencia, transiciones, sincronización con la red y gestión adecuada de la microrred. En el caso de microrredes de pequeña escala de potencia con bajo número de generadores y sistemas de almacenamiento distribuidos, las estrategias de control centralizado ofrecen un alto nivel de flexibilidad para lograr funcionalidades avanzadas en la microrred y una adecuada distribución de la potencia entre los convertidores que la conforman. Esta tesis se ha enmarcado en el contexto de algoritmos de gestión centralizada de potencia de una microrred de generación distribuida en modo conectado a red. Los algoritmos presentados se pueden aplicar a los convertidores de potencia conectados al bus DC de una microrred AC/DC híbrida o en una microrred de DC, donde el despacho de potencia es observado y gestionado por un controlador central. Este último adquiere datos del sistema mediante una infraestructura de comunicaciones y estima la potencia que gestionará cada uno de los convertidores de potencia, sistemas de almacenamiento y cargas en funcionamiento. En este estudio se muestra la validación experimental de las estrategias de gestión aplicadas en la microrred desde el enfoque del comportamiento de los convertidores de potencia, de las baterías y las cargas ante dicha gestión. Se verifica la estabilidad de la microrred sometiendo a los convertidores a diferentes escenarios de funcionamiento. Estos escenarios pueden ser fluctuaciones en la irradiación, la demanda, el estado de carga de las baterías, los límites máximos de exportación/importación de potencia desde/hacia la microrred hacia/desde la red principal y de la tarifa eléctrica. Adicionalmente, se propone un sistema de almacenamiento de energía en baterías encargado de mantener el equilibrio de potencia en el bus de DC de la microrred que permite aprovechar las fuentes de generación renovables presentes en la microrred y maximizar el tiempo de servicio de las baterías mediante la aplicación de un algoritmo de carga de las baterías. Este último se ajusta al procedimiento de carga especificado por el fabricante, estableciendo las tasas de carga en función de los escenarios en que la microrred se encuentre. El procedimiento de carga en las baterías es fundamental para garantizar las condiciones adecuadas de operación de las mismas, ya que toman en consideración los parámetros establecidos por el fabricante, como son: tasas de carga/descarga, tensión máxima de carga, temperaturas de operación, etc. / [CA] Dos dels aspectes crítics en l'operació d'una micro-xarxa són les estratègies de control i gestió de potència implementades, les quals són essencials per proporcionar el seu bon funcionament. L'aplicació adequada de dites estratègies permet compensar els desequilibris de potència causats per la discontinuïtat de la generació i demanda d'energia en les micro-xarxes. En aquest sentit, l'objectiu global de les nomenades estratègies de gestió és equilibrar adequadament el flux de potència en la micro-xarxa mitjançant l'aplicació de diferents algoritmes que permeten complir amb els criteris d'estabilitat, protecció, balanç de potència, transicions, sincronització amb la xarxa i gestió adequada de la micro-xarxa. En el cas de micro-xarxes de potència a petita escala i amb baix nombre de generadors i sistemes d'emmagatzematge distribuïts, les estratègies de control centralitzades ofereixen un alt nivell de flexibilitat per aconseguir funcionalitats avançades en la micro-xarxa i una adequada distribució de la potència entre els convertidors que la conformen. Aquesta tesi s'ha emmarcat al context d'algoritmes de gestió centralitzada de potència d'una micro-xarxa de generació distribuïda en mode de connexió a xarxa. Els algoritmes presentats es poden aplicar als convertidors de potència connectats al bus DC d'una micro-xarxa AC/DC hibrida o en una micro-xarxa de DC, on el despatx de potència és observat i gestionat per un controlador central. Aquest últim adquireix dades del sistema mitjançant una infraestructura de comunicacions i estima la potència que gestionarà cadascun dels convertidors de potència, sistemes d'emmagatzematge i càrregues en funcionament. En aquest estudi es mostren la validació experimental de les estratègies de gestió aplicades en la micro-xarxa des d'un enfocament dels convertidors de potència, de les bateries i les càrregues davant d'aquesta gestió. Es verifica l'estabilitat de la micro-xarxa exposant als convertidors a diferents escenaris de funcionament. Aquest escenaris poden ser fluctuants en la irradiació, la demanda, l'estat de càrrega de les bateries, els límits màxims d'exportació/importació de potència des de/cap a la micro-xarxa cap a/des de la xarxa principal i de la tarifa elèctrica. Addicionalment, es proposa un sistema d'emmagatzematge d'energia en bateries encarregats de mantindre l'equilibri de potència al bus DC de la micro-xarxa i que permet aprofitar les fonts de generació renovables presents en la micro-xarxa i maximitzar el temps de servei de les bateries mitjançant l'aplicació d'un algoritme de càrrega de bateries. Aquest últim s'ajusta al procediment de càrrega especificat pel fabricant, establint les taxes de càrrega en funció dels escenaris en que la micro-xarxa es trobe. El procediment de càrrega a les bateries es fonamental per garantir les condicions adequades d'operació de les mateixes, ja que prenen en consideració els paràmetres establerts pel fabricant, com ara són: taxes de càrrega/descàrrega, tensió màxima de càrrega, temperatures d'operació, etc. / [EN] Two critical aspects in microgrids operation are the control and power management strategies, which are essential for their efficient operation. The adequate application of these strategies allows compensating the power imbalance caused by the discontinuity in the energy generation or changes in the power demand of the microgrid. In this sense, the overall objective of these power management strategies is to keep the power balance between the generation and the demand in the microgrid through the application of different algorithms that fulfill the criteria of stability, protection, smooth transitions and synchronization with the main grid. In the case of small-scale microgrids with a low number of distributed generators and energy storage systems, the centralized control strategies offer a higher level of flexibility to achieve advanced features in the microgrid and for the suitable power sharing between the converters that compose it. This thesis has been focused on centralized power management algorithms of a microgrid working in grid connected mode. These algorithms can be applied to the power converters connected to the DC bus of both hybrid AC/DC and DC microgrids, where the power dispatch is controlled by a central controller which acquires system data through a communication infrastructure and sets the power to be managed by each of the converters under operation. In this thesis, the experimental validation of the power management strategies of the microgrid is presented, from the point of view of the behavior of the power converters, batteries and loads. It is provided with a realistic evaluation under different microgrid operation scenarios. These scenarios were sudden changes of the irradiation, load, state of charge, the maximum power to be exported/imported from/to the microgrid to/from the grid, and the electricity tariff. Additionally, it is proposed a battery energy storage system that keeps the power balance at the DC bus of the microgrid, taking advantage from the renewable energy sources and adjusting the battery energy storage through a suitable charging procedure specified by the manufacturer. The proposed procedure changes the charging parameters of the batteries depending on the microgrid states. Its goal is to extend the service time of batteries and to allow proper energy management in the system. / Salas Puente, RA. (2019). Gestión eficiente de los convertidores de potencia conectados al bus DC de una Microrred híbrida de generación distribuida [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118658 / Compendio

[ES] La neurociencia es un campo que abarca muchas especialidades. El objetivo de esta tesis es subsanar algunas carencias tecnológicas que existen en los métodos actuales de experimentación animal en neurociencia. En esta tesis, se presentan seis proyectos, que tendrán como objetivo mejorar el "Principio de las tres R", el cual fue enunciado por los biólogos ingleses W. M. S. Russell y R. L. Burch, durante la experimentación animal. El comportamiento es uno de los aspectos más importantes de la vida animal. Depende de los vínculos entre los animales, sus sistemas nerviosos y sus entornos. Para estudiar el comportamiento de los animales de laboratorio, se necesitan varias herramientas, pero una herramienta de seguimiento es esencial para llevar a cabo un estudio de comportamiento exhaustivo. Varias herramientas de seguimiento visual están actualmente disponibles. Sin embargo, todas tienen algunos inconvenientes. Por ejemplo, en una situación en la que un animal está dentro de una madriguera o cerca de otros animales, las cámaras de rastreo (tracking) no siempre pueden detectar la ubicación precisa o el movimiento del animal. Por esta razón, los entornos enriquecidos para intentar recrear el hábitat natural de los animales en experimentación no pueden utilizarse, ya que los datos recopilados son insuficientes/inexactos. Con la finalidad de mejorar los experimentos de tracking RFID Assisted Tracking Tile (RATT) es presentado en esta tesis. RATT es un sistema de seguimiento basado en tecnología de identificación pasiva de radiofrecuencia (RFID) y está compuesto por baldosas electrónicas con las que se puede construir una gran superficie, sobre la cual los animales pueden moverse libremente. Esto permite la identificación más precisa de los animales, así como el seguimiento de sus movimientos. Este sistema, que también se puede combinar con un sistema de seguimiento con cámaras, allana el camino para estudios completos de comportamiento en entornos enriquecidos. Dada la capacidad de rastrear animales y, por lo tanto, realizar experimentos de comportamiento exhaustivos, es posible observar cómo se comportan los sujetos desde un punto de vista externo. Sin embargo, si queremos comprender lo que sucede en el cerebro de estos sujetos, es necesario aplicar otras técnicas de análisis, por ejemplo, el estudio de señales dependientes del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD, por sus siglas en inglés). Las señales BOLD se basan en las respuestas vasculares a la activación neuronal y se utilizan ampliamente en estudios de investigación clínicos y preclínicos. En entornos preclínicos, los animales suelen ser anestesiados. Sin embargo, los anestésicos causan cambios en la fisiología de los animales, p. Ej. hipotermia, y esto tiene el potencial de alterar las señales funcionales de MRI (fMRI). Para evitar la hipotermia en roedores anestesiados, se presenta TherMouseDuino. Este es un sistema de control automático de temperatura de código abierto, que reduce las fluctuaciones de la temperatura, lo que proporciona condiciones sólidas para realizar experimentos de resonancia magnética funcional. En los cursos de biología y neurociencia, la anatomía del cerebro se enseña generalmente utilizando imágenes de resonancia magnética (IRM) o secciones histológicas de diferentes planos. Estos muestran las áreas macroscópicas más importantes en el cerebro de un animal. Sin embargo, este método no es dinámico ni intuitivo. En esta tesis se presenta un cerebro de rata impreso en 3D con fines educativos. La manipulación manual de la estructura, facilitada por la ampliación de sus dimensiones, junto con la capacidad de desmontar el "cerebro" en algunas de sus partes principales, facilita la comprensión de la organización 3D del sistema nervioso. Este es un método alternativo y mejorado para enseñar a los estudiantes en general y a los biólogos, en particular, la anatomía del cerebro de rata. / [CA] La neurociència és un camp que abasta moltes especialitats. L'objectiu d'aquesta tesi és esmenar algunes manques tecnològiques que existeixen en els mètodes actuals d'experimentació animal en neurociència. En aquesta tesi, es presenten sis projectes, que tindran com a objectiu millorar el "Principi de les tres R", el qual va ser enunciat pels biòlegs anglesos W. M. S. Russell i R. L. Burch, durant l'experimentació animal. El comportament és un dels aspectes m'és importants de la vida animal. Depèn dels vincles entre els animals, els seus sistemes nerviosos i els seus entorns. Per estudiar el comportament dels animals de laboratori, es necessiten diverses eines, però` una eina de seguiment és essencial per a dur a terme un estudi de comportament exhaustiu. Diverses eines de seguiment visual estan actualment disponibles. No obstant això, totes tenen alguns inconvenients. Per exemple, en una situació en la qual un animal esta` dins d'un cau o prop d'altres animals, les cambres de rastreig (tracking) no sempre poden detectar la ubicació precisa o el moviment de l'animal. Per aquesta raó, els entorns enriquits per a intentar recrear l'hàbitat natural dels animals en experimentació no poden utilitzar-se, ja que les dades recopilades són insuficients/inexactes. Amb la finalitat de millorar els experiments de tracking/seguiment RFID Assisted Tracking Tile (RATT) és presentat en aquesta tesi. RATT es un sistema de seguiment basat en tecnologia d'identificació passiva de radiofreqüència (RFID) i esta` compost per rajoles electròniques amb les quals es pot construir una gran superfície, sobre la qual els animals poden moures lliurement. Això permet la identificació més precisa dels animals, així com el seguiment dels seus moviments. Aquest sistema, que també es pot combinar amb un sistema de seguiment amb cambres, aplana el camí per a estudis complets de comportament en entorns enriquits. Donada la capacitat de rastrejar animals i, per tant, realitzar experiments de comportament exhaustius, és possible observar com es comporten els subjectes des d'un punt de vista extern. No obstant això, si volem comprendre el que succeeix en el cervell d'aquests subjectes, és necessari aplicar altres tècniques d'anàlisis, per exemple, l'estudi de senyals dependents del nivell d'oxigen en la sang (BOLD, per les seues sigles en anglès). Els senyals BOLD es basen en les respostes vasculars a l'activació neuronal i s'utilitzen àmpliament en estudis d'investigació clínics i preclínics. En entorns preclínics, els animals solen ser anestesiats. No obstant això, els anestèsics causen canvis en la fisiologia de els animals, per exemple hipotèrmia, i això te el potencial d'alterar els senyals funcionals de MRI (fMRI). Per a evitar la hipotèrmia en rosegadors anestesiats, es presenta TherMouseDuino. Aquest és un sistema de control automàtic de temperatura de codi obert, que redueix les fluctuacions de la temperatura, la qual cosa proporciona condicions solides per a realitzar experiments de ressonància magnètica funcional. En els cursos de biologia i neurociència, l'anatomia del cervell s'ensenya generalment utilitzant imatges de ressonància magnètica (IRM) o seccions histològiques de diferents plans. Aquests mostren les àrees macroscòpiques més importants en el cervell de un animal. No obstant això, aquest mètode no és dinàmic ni intuïtiu. En aquesta tesi es presenta un cervell de rata imprès en 3D amb finalitats educatius. La manipulació manual de l'estructura, facilitada per l'ampliació de les seues dimensions, juntament amb la capacitat de desmuntar el "cervell" en algunes de les seues parts principals, facilita la comprensió de l'organització 3D del sistema nerviós. Aquest és un mètode alternatiu i millorat per a ensenyar a els estudiants en general i als biòlegs, en particular, l'anatomia del cervell de rata. / [EN] Neuroscience is a field that covers many specialties. The objective of this thesis is to correct some technological deficiencies that exist in current methods of animal experimentation in neuroscience. In this thesis, six projects are presented, which will aim to improve the "Principle of the three Rs" in animal experimentation enunciated by the English biologists W. M. S. Russell and R. L. Burch. In the present era of impressive progress in neuroscience, it is still not arguable that a complete understanding of the brain cannot be possible without a comparable understanding of animal behavior. In order to study the behavior of laboratory animals, various tools are needed, being a reliable tracking system one of the most important to follow large populations of individual subjects that interact in complex manners. Several visual tracking tools are currently available. However, they all have some drawbacks. For example, in a situation where an animal is inside a cave, or is in close proximity to other animals, tracking cameras cannot always detect the precise location or movement of the animal. For this reason, environments that have been enriched in order to attempt to recreate the natural habitat of the animals under experiment, cannot be used, as the data gathered is insufficient/inaccurate. In order to improve the current tracking systems , the RATT is presented. RATT is a tracking system based on passive RFID technology and it is composed of electronic tiles. Using several tiles, a large surface area, on which the animals can move freely, can be built. This enables the more accurate identification of the animals, as well as the tracking of their movements. This system, which can also be combined with a visual tracking system, paves the way for complete behavioral studies in enriched environments. Given the ability to track animals and thus conduct thorough behavioral experiments, it is possible to observe how the subjects behave from an external viewpoint. However, if we want to understand what is going on in the brains of these subjects, it is necessary to apply other analysis techniques, for example the study of BOLD signals. BOLD signals are based on vascular responses to neuronal activation and are used extensively in clinical and preclinical research studies. In preclinical settings, animals are usually anesthetized. However, anesthetics cause changes in the physiology of the animals, e.g. hypothermia, and this has the potential to disrupt fMRI signals. In order to avoid hypothermia in anesthetized rodents, TherMouseDuino is presented. This is an Open-Source automatic temperature control system, which reduces temperature fluctuations, thus providing robust conditions in which to perform fMRI experiments. In biology and neuroscience courses, brain anatomy is generally taught using MRI or histological sections of different planes. These show the most important macroscopic areas in an animals' brain. However, this method is neither dynamic nor intuitive. An anatomical 3D printed rat brain with educative purposes is presented in this thesis. Hand manipulation of the structure, facilitated by the scaling up of its dimensions, together with the ability to dismantle the "brain" into some of main its constituent parts, facilitates the understanding of the 3D organization of the nervous system. This is an alternative and improved method for teaching students in general and biologists, in particular, the rat brain anatomy. / This work was supported in part by the Spanish Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) and FEDER funds under grants BFU2015-64380-C2-2-R (D.M.) and BFU2015-64380-C2-1-R, by EU Horizon 2020 Program 668863-SyBil-AA grant (S.C.). S.C. acknowledges financial support from the Spanish State Research Agency, through the “Severo Ochoa” Programme for Centres of Excellence in R&D (ref. SEV-2013-0317) and by a grant “Ayudas para la formación de personal investigador (FPI)” from the Vicerrectorado de Investigación, Innovación y Transferencia of the Universitat Politècnica de València. / Quiñones Colomer, DR. (2019). Developing preclinical devices for neuroscience research in the fields of animal tracking, fMRI acquisition, and 3D histology cutting [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118795