Approved for public release; distribution is unlimited / The radio channel places fundamental limitations on the performance of mobile ad hoc wireless networks. In the mobile radio environment, fading due to multipath delay spread impairs received signals. The purpose of this thesis is to develop a radio channel model and examine the effect of various parameters on channel behavior that is representative of environments in which mobile ad hoc wireless networks operate. The various physical phenomena considered are outdoor environments, fading and multipath propagation, type of terrains, and mobility (Doppler shift). A channel model based on a Tapped Delay Line (TDL) structure was developed and implemented in the MATLAB programming language, and the performance of the time-varying channel was studied by plotting the signal constellations. The simulation results indicate that the number of taps required in the TDL is 8 or less and the carrier frequency did not influence the performance significantly. The Jakes Doppler spectrum should be used in urban environments with high mobility; the Gaussian Doppler spectrum is the choice for low mobility urban environments and for the hilly terrain under both low and high mobility. / Civilian, Singapore Ministry of Defense

Title: Spectral Analysis of Electromyography Data of Power Lifters Objectives: The aim of this thesis is a description of muscle activity and its measu- rement using electromyography (EMG), description of parameters of EMG signal and their relationship to neuromuscular physiology. The aim of the practical part is an implementation of spectral analysis of EMG data of power lifters when performing 4 series of 5 split-squats carrying loading in one hand. Methods: The spectral analysis of EMG data of 35 athletes is presented. The athletes performed 4 series of 5 split-squats with one sided loading. The loading was 25% and 50% of their body mass and the carrying position was homolateral and contralateral to stance leg. Muscles chosen for measurement were vastus medialis obliquus, vastus lateralis obliquus, gluteus medius and biceps femoris of both sides. The implementation of digital signal proces- sing algorithm was done using Matlab and its Signal Processing Toolbox. The spectral analysis was implemented using discrete Fourier transform with sliding 256-sample window size and 32-sample window increment. The resulting spectrogram was divided into parts based on smoothed EMG. Median frequency for each split-squat was calculated. For the statistical processing we used median frequency differencies...

Early Universe physics leaves distinct imprints on the Cosmic Microwave Background (CMB) and Large-Scale Structure (LSS). The current cosmological paradigm to explain the origin of the structures we see in the Universe today (CMB and LSS), named Inflation, says that the Universe went through a period of accelerated expansion. Density fluctuations that eventually have grown into the temperature fluctuations of the CMB and the galaxies and other structures we see in the LSS come from the quantization of the scalar field (inflaton) which provokes the accelerated expansion. The most simple inflationary model, which contains only one slowly-rolling scalar field with canonical kinetic term in the action, produces a power-spectrum (Fourier transform of the two-point correlation function) approximately scale invariant and an almost null bispectrum (Fourier transform of the three-point correlation function). This characteristic is called Gaussianity, once random fields that follow a normal distribution have all the odd moments null. Yet, more complex inflationary models (with more scalar fields and/or non-trivial kinetic terms in the action, etc) and possible alternatives to inflation have a non-vanishing bispectrum which can be parametrized by a non-linearity parameter f_NL, whose value differs from model to model. In this work we studied the basic ingredients to understand such statements and focused on the observational evidences of this parameters and how the current and upcoming galaxy surveys are able to impose constraints to the value of f_NL with a better accuracy, through the multi-tracer technique, than those obtained by means of CMB measurements. / A física do Universo primordial deixa sinais distintos na Radiação Cósmica de Fundo (CMB) e Estrutura em Larga Escala (LSS). O paradigma atual da cosmologia explica a origem das estruturas que vemos hoje (CMB e LSS) através da inflação, teoria que diz que o Universo passou por um período de expansão acelerada. As flutuações de densidade que eventualmente crescem, dando origem às flutuações de temperatura da CMB, às galáxias e outras estruturas que vemos na LSS, provém da quantização do campo escalar (inflaton) que provoca a tal expansão acelerada. O modelo inflacionário mais simples, o qual contém um único campo escalar nas condições de rolamento lento e termo cinético canônico da ação, possui o espectro de potências (transformada de Fourier da função de correlação de dois pontos) aproximadamente invariante de escala e o bispectro (transformada de Fourier da função de correlação de três pontos) aproximadamente nulo. Tal característica é conhecida por Gaussianidade, uma vez que campos aleatórios cuja distribuição é uma normal tem todas as funções de correlação de ordem ímpar nulas. Contudo, modelos inflacionários mais complexos (mais campos escalares, termos cinéticos não-triviais na ação, etc) e alternativas possíveis à inflação possuem um bispectro não nulo, o qual pode ser parametrizado através do parâmetro de não-linearidade f_NL, cujo valor difere de modelo para modelo. Neste trabalho estudamos os ingredientes básicos para entender tais afirmações e focamos nas evidências observacionais desse parâmetro e como os levantamentos de galáxias atuais e futuros podem impor restrições ao valor de f_NL com uma precisão maior, através da técnica de múltiplos traçadores, do que aquelas obtidas com medidas da CMB.

Esse trabalho apresenta uma nova metodologia para a correção do espectro de potência do ruído no processo de simulação de aquisições de imagens de tomossíntese digital mamária (Digital Breast Tomosynthesis - DBT) com doses reduzidas de radiação. A simulação é realizada por meio da inserção de ruído quântico dependente do sinal em imagens previamente adquiridas com a dose padrão de radiação. A DBT utiliza a mesma tecnologia de raios X que a mamografia digital, porém com a capacidade de prover ao médico exames do volume tridimensional da mama, minimizando o problema de superposição de tecidos. Apesar de ser o sucessor da mamografia, estudos têm mostrado que a otimização da relação entre a dose de radiação e a qualidade da imagem adquirida ainda não está bem estabelecida na DBT. Devido à impossibilidade de realizar diversas exposições de radiação a uma mesma paciente para os estudos de otimização da dose de radiação, é desejável que exista um método capaz de simular com exatidão diversas exposições tendo como base uma imagem clínica de referência. Embora existam diversos métodos para a simulação da redução de dose em exames mamográficos, o mesmo não pode ser dito quanto a imagens de DBT. O método desenvolvido para simulação da redução da dose de radiação em imagens de DBT se baseia em uma abordagem de inserção de ruído por meio de uma transformada de estabilização de variância, que já foi utilizada para simulação da redução de dose em exames de mamografia digital. Porém, esse trabalho propõe a inclusão da correção do espectro de potência do ruído para otimizar o desempenho do método de inserção de ruído para exames de DBT. Os resultados obtidos mostraram que, quando comparando a imagens de referência, a as imagens simuladas apresentaram erro menores que 1% para a análise do valor médio e desvio padrão e erro próximo de 5% para a análise do espectro de potência, apresentado resultados até 64% melhores que métodos não otimizados para DBT. / This work presents a new methodology for noise power spectrum correction in the simulation of digital breast tomosynthesis (DBT) images with reduced dose of radiation. The simulation is performed by inserting a signal-dependent quantum noise into previously acquired images with the standard dose of radiation. Using the same X-ray technology as a standard mammography, the DBT is capable of reconstructing the inner tissues of the patients\' breasts as a three-dimensional volume, providing more resources for cancer detection than its bi-dimensional counterpart and minimizing tissue overlapping. Despite being the successor to mammography, studies have shown that the optimization of the relationship between radiation dose and image quality is not well established in DBT yet. Due to the impossibility of exposing the same patient to multiple exams with different doses each, a simulation method able to mimic clinical images with high reliability is desirable. Despite the number of methods proposed for dose reduction simulation in mammography, scarcely any may be used in DBT. The method developed for simulation of radiation dose reduction in DBT images is based on a noise insertion approach using a variance-stabilizing transformation, which has already been used to simulate dose reduction in digital mammography exams. However, this work proposes the inclusion of the noise power spectrum correction to optimize the performance of the noise insertion method for DBT exams. The results showed that, when compared with reference images, the simulated images achieved less than 1% error for mean and standard deviation values and close to 5% error for power spectrum analysis, improving in up to 64% when compared with non-optimized for DBT simulation methods.

Körperlich aktiv zu sein ist Grundlage unseres täglichen Lebens. Für alle diese Aktivitäten ist das kontinuierliche Zusammenspiel des senso-motorischen System (SMS) erforderlich. Die Kontrolle der verschiedenen afferenten und efferenten Subsysteme innerhalb des SMS basiert auf Feedback-Mechanismen, die die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts und der Stabilität während den verschiedensten statischen als auch dynamischen Aktivitäten ermöglichen. Trotz dieser Kontroll- und Stabilisierungssystems ist das kinematische und kinetische Resultat nicht konstant; stattdessen ist bei globalen „Ganzkörper-Bewegungen“, und lokaler Muskelanspannung ständig eine gewisse Variabilität vorhanden. Die Interpretation dieser Variabilität bei Bewegungshandlungen ist kontrovers. Wobei große Variabilität ist nicht zwangsläufig ein Indikator für Defizite des SMS darstellt. Das Ziel dieser Dissertation war, die Variabilität bei lokalen und globalen Bewegungshandlungen in statischen und dynamischen Ausgangstellungen zu quantifizieren. Darüberhinaus, wurde der Zusammenhang zwischen lokaler Variabilität der Muskelkraftproduktion und der Variabilität bei globalen Bewegungshandlungen. Die Ergebnisse zeigen, dass lokale und globale Variabilität von Bewegungshandlungen in Menge und Muster verändert sind, nach Störung des SMS durch: Ermüdung, Veränderungen der Umfeldbedingungen, Alterung und bei Personen mit Sturzerfahrung. Außerdem wurde gezeigt, dass sowohl zu große als auch zu kleine Variabilität, ein entscheidendes funktionelles Defizit bei älteren Personen darstellt. Dieser Dissertation hebt die Bedeutung der Variabilität während wiederholter Bewegungshandlungen hervor, welche einen funktionellen Biomarker für die Beurteilung von Bewegungsstörungen darstellt. In der klinische Praxis könnte dieser helfen bei der frühen Identifikation von Personen mit Bewegungsstörungen, zur Entwicklung von individual-spezifischen Rehabilitationsmaßnahmen, sowie der Beurteilung verschiedener Therapieansätze. / Undertaking activities is fundamental throughout daily living. In order to successfully perform these activities, continuous involvement of the human sensori-motor system (HSMS) is required. The HSMS involves feedback mechanisms to control numerous afferent and the efferent subsystems to ensure maintenance of balance and stability during both static and dynamic activities. Despite such control and stabilizing mechanisms, the kinematic and kinetic output of a task is not constant; instead variability occurs during continuous performance of both global tasks such as standing and walking, as well as local force production. The interpretation of variability during output task performance remains controversial, with larger levels of variability not always indicating deficits in human-motor performance. The aim of this dissertation was to assess variability during local as well as global task performance in static and dynamic settings. Furthermore, the association between the level of variability during local force production and variability during global tasks such as standing and walking was also investigated. The results within this dissertation showed that variability during task performance is modified in magnitude as well as in structure after perturbation due to fatigue, changes in environmental conditions, and aging, as well as in fall-prone elderly individuals. Furthermore, both high as well as low levels of variation constitute a key functional deficit among elderly individuals. This dissertation highlights the importance of considering trial-to-trial variations during continuous task performance as a key functional biomarker for motor-related pathologies. Effective assessment of such measures of variability in clinical settings could effectively complement current clinical practice for both early and effective identification of individuals with motor-related pathology, designing subject-specific rehabilitation programs, and evaluating therapy efficacy.

Early Universe physics leaves distinct imprints on the Cosmic Microwave Background (CMB) and Large-Scale Structure (LSS). The current cosmological paradigm to explain the origin of the structures we see in the Universe today (CMB and LSS), named Inflation, says that the Universe went through a period of accelerated expansion. Density fluctuations that eventually have grown into the temperature fluctuations of the CMB and the galaxies and other structures we see in the LSS come from the quantization of the scalar field (inflaton) which provokes the accelerated expansion. The most simple inflationary model, which contains only one slowly-rolling scalar field with canonical kinetic term in the action, produces a power-spectrum (Fourier transform of the two-point correlation function) approximately scale invariant and an almost null bispectrum (Fourier transform of the three-point correlation function). This characteristic is called Gaussianity, once random fields that follow a normal distribution have all the odd moments null. Yet, more complex inflationary models (with more scalar fields and/or non-trivial kinetic terms in the action, etc) and possible alternatives to inflation have a non-vanishing bispectrum which can be parametrized by a non-linearity parameter f_NL, whose value differs from model to model. In this work we studied the basic ingredients to understand such statements and focused on the observational evidences of this parameters and how the current and upcoming galaxy surveys are able to impose constraints to the value of f_NL with a better accuracy, through the multi-tracer technique, than those obtained by means of CMB measurements. / A física do Universo primordial deixa sinais distintos na Radiação Cósmica de Fundo (CMB) e Estrutura em Larga Escala (LSS). O paradigma atual da cosmologia explica a origem das estruturas que vemos hoje (CMB e LSS) através da inflação, teoria que diz que o Universo passou por um período de expansão acelerada. As flutuações de densidade que eventualmente crescem, dando origem às flutuações de temperatura da CMB, às galáxias e outras estruturas que vemos na LSS, provém da quantização do campo escalar (inflaton) que provoca a tal expansão acelerada. O modelo inflacionário mais simples, o qual contém um único campo escalar nas condições de rolamento lento e termo cinético canônico da ação, possui o espectro de potências (transformada de Fourier da função de correlação de dois pontos) aproximadamente invariante de escala e o bispectro (transformada de Fourier da função de correlação de três pontos) aproximadamente nulo. Tal característica é conhecida por Gaussianidade, uma vez que campos aleatórios cuja distribuição é uma normal tem todas as funções de correlação de ordem ímpar nulas. Contudo, modelos inflacionários mais complexos (mais campos escalares, termos cinéticos não-triviais na ação, etc) e alternativas possíveis à inflação possuem um bispectro não nulo, o qual pode ser parametrizado através do parâmetro de não-linearidade f_NL, cujo valor difere de modelo para modelo. Neste trabalho estudamos os ingredientes básicos para entender tais afirmações e focamos nas evidências observacionais desse parâmetro e como os levantamentos de galáxias atuais e futuros podem impor restrições ao valor de f_NL com uma precisão maior, através da técnica de múltiplos traçadores, do que aquelas obtidas com medidas da CMB.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um conjunto de procedimentos de avaliação da qualidade de equipamentos mamográficos a partir do processamento de imagens digitais obtidas com a exposição radiográfica de objetos de testes (phantoms) padronizados. O sistema desenvolvido permite a avaliação de diversos parâmetros físicos de qualidade da imagem radiográfica com simplicidade e rapidez, sem abrir mão da precisão, com o mínimo tempo e uso dos equipamentos. Os principais parâmetros avaliados relacionados à qualidade de um sistema de imagem são: a resolução espacial - pela medida da função de transferência de modulação (MTF) - o contraste - medido pela curva sensitométrica e o ruído - pela medida da densidade espectral de ruído (NPS). Dessa forma, o sistema desenvolvido atende às recomendações do ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements), que trata das diretrizes para controle de qualidade de imagens radiográficas em todo o mundo. A partir da medida desses três parâmetros de qualidade é possível também aferir a eficiência de detecção quântica (DQE) do sistema de imagem mamográfica, que permite uma avaliação completa da qualidade da imagem em função da dose recebida pelo paciente. Os resultados obtidos comprovam a possibilidade da aplicação prática do sistema desenvolvido, o qual proporciona uma avaliação completa da qualidade da imagem formada pelo equipamento. Todos os resultados apresentaram baixa estimativa de erro, fundamentados pela análise da incerteza nos processos de medida. Além disso, a avaliação por meio do DQE permitiu realizar uma comparação entre os sistemas mamográficos envolvidos nessa pesquisa. Assim, com base nesses resultados é possível afirmar que o sistema computacional desenvolvido pode desempenhar um papel fundamental na avaliação da qualidade em sistemas de imagens mamográficas. / The aim of this work is to develop a set of procedures for quality assurance of mammographic equipment by the digital image processing of radiographic images of standard test objects (phantoms) acquired by the radiographic equipment. It allows the evaluation of several physical parameters of the radiographic image quality by a simple and quick procedure, with good accuracy, using the equipment the shortest time as possible. The main evaluated parameters related to the quality of an imaging system are: spatial resolution - by measuring the modulation transfer function (MTF) - image contrast - by the measurement of the H&D curve and noise - evaluated by the noise power spectrum (NPS). Thus, it attends the recommendations of the ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements), which deals as the guidelines for quality assurance of radiographic images all over the world. Through these quality parameters is possible to measure the detective quantum efficiency (DQE) of any mammographic system, which allows a full evaluation of the image quality related to the dose absorbed by the patient. The results confirm the possibility of the practical application of the developed system, which provides a full evaluation of the image quality, acquired by the mammographic equipment. All results showed low error estimation, substantiated by the analysis of the uncertainty in measurements procedures. Moreover, the evaluation through the DQE allowed to perform a comparison of mammography systems involved in this research. Thus, based on these results, it is possible to confirm that its system can perform a fundamental part of the quality assurance in mammographic images system.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um conjunto de procedimentos de avaliação da qualidade de equipamentos mamográficos a partir do processamento de imagens digitais obtidas com a exposição radiográfica de objetos de testes (phantoms) padronizados. O sistema desenvolvido permite a avaliação de diversos parâmetros físicos de qualidade da imagem radiográfica com simplicidade e rapidez, sem abrir mão da precisão, com o mínimo tempo e uso dos equipamentos. Os principais parâmetros avaliados relacionados à qualidade de um sistema de imagem são: a resolução espacial - pela medida da função de transferência de modulação (MTF) - o contraste - medido pela curva sensitométrica e o ruído - pela medida da densidade espectral de ruído (NPS). Dessa forma, o sistema desenvolvido atende às recomendações do ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements), que trata das diretrizes para controle de qualidade de imagens radiográficas em todo o mundo. A partir da medida desses três parâmetros de qualidade é possível também aferir a eficiência de detecção quântica (DQE) do sistema de imagem mamográfica, que permite uma avaliação completa da qualidade da imagem em função da dose recebida pelo paciente. Os resultados obtidos comprovam a possibilidade da aplicação prática do sistema desenvolvido, o qual proporciona uma avaliação completa da qualidade da imagem formada pelo equipamento. Todos os resultados apresentaram baixa estimativa de erro, fundamentados pela análise da incerteza nos processos de medida. Além disso, a avaliação por meio do DQE permitiu realizar uma comparação entre os sistemas mamográficos envolvidos nessa pesquisa. Assim, com base nesses resultados é possível afirmar que o sistema computacional desenvolvido pode desempenhar um papel fundamental na avaliação da qualidade em sistemas de imagens mamográficas. / The aim of this work is to develop a set of procedures for quality assurance of mammographic equipment by the digital image processing of radiographic images of standard test objects (phantoms) acquired by the radiographic equipment. It allows the evaluation of several physical parameters of the radiographic image quality by a simple and quick procedure, with good accuracy, using the equipment the shortest time as possible. The main evaluated parameters related to the quality of an imaging system are: spatial resolution - by measuring the modulation transfer function (MTF) - image contrast - by the measurement of the H&D curve and noise - evaluated by the noise power spectrum (NPS). Thus, it attends the recommendations of the ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements), which deals as the guidelines for quality assurance of radiographic images all over the world. Through these quality parameters is possible to measure the detective quantum efficiency (DQE) of any mammographic system, which allows a full evaluation of the image quality related to the dose absorbed by the patient. The results confirm the possibility of the practical application of the developed system, which provides a full evaluation of the image quality, acquired by the mammographic equipment. All results showed low error estimation, substantiated by the analysis of the uncertainty in measurements procedures. Moreover, the evaluation through the DQE allowed to perform a comparison of mammography systems involved in this research. Thus, based on these results, it is possible to confirm that its system can perform a fundamental part of the quality assurance in mammographic images system.

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Esse trabalho apresenta uma nova metodologia para a correção do espectro de potência do ruído no processo de simulação de aquisições de imagens de tomossíntese digital mamária (Digital Breast Tomosynthesis - DBT) com doses reduzidas de radiação. A simulação é realizada por meio da inserção de ruído quântico dependente do sinal em imagens previamente adquiridas com a dose padrão de radiação. A DBT utiliza a mesma tecnologia de raios X que a mamografia digital, porém com a capacidade de prover ao médico exames do volume tridimensional da mama, minimizando o problema de superposição de tecidos. Apesar de ser o sucessor da mamografia, estudos têm mostrado que a otimização da relação entre a dose de radiação e a qualidade da imagem adquirida ainda não está bem estabelecida na DBT. Devido à impossibilidade de realizar diversas exposições de radiação a uma mesma paciente para os estudos de otimização da dose de radiação, é desejável que exista um método capaz de simular com exatidão diversas exposições tendo como base uma imagem clínica de referência. Embora existam diversos métodos para a simulação da redução de dose em exames mamográficos, o mesmo não pode ser dito quanto a imagens de DBT. O método desenvolvido para simulação da redução da dose de radiação em imagens de DBT se baseia em uma abordagem de inserção de ruído por meio de uma transformada de estabilização de variância, que já foi utilizada para simulação da redução de dose em exames de mamografia digital. Porém, esse trabalho propõe a inclusão da correção do espectro de potência do ruído para otimizar o desempenho do método de inserção de ruído para exames de DBT. Os resultados obtidos mostraram que, quando comparando a imagens de referência, a as imagens simuladas apresentaram erro menores que 1% para a análise do valor médio e desvio padrão e erro próximo de 5% para a análise do espectro de potência, apresentado resultados até 64% melhores que métodos não otimizados para DBT. / This work presents a new methodology for noise power spectrum correction in the simulation of digital breast tomosynthesis (DBT) images with reduced dose of radiation. The simulation is performed by inserting a signal-dependent quantum noise into previously acquired images with the standard dose of radiation. Using the same X-ray technology as a standard mammography, the DBT is capable of reconstructing the inner tissues of the patients\' breasts as a three-dimensional volume, providing more resources for cancer detection than its bi-dimensional counterpart and minimizing tissue overlapping. Despite being the successor to mammography, studies have shown that the optimization of the relationship between radiation dose and image quality is not well established in DBT yet. Due to the impossibility of exposing the same patient to multiple exams with different doses each, a simulation method able to mimic clinical images with high reliability is desirable. Despite the number of methods proposed for dose reduction simulation in mammography, scarcely any may be used in DBT. The method developed for simulation of radiation dose reduction in DBT images is based on a noise insertion approach using a variance-stabilizing transformation, which has already been used to simulate dose reduction in digital mammography exams. However, this work proposes the inclusion of the noise power spectrum correction to optimize the performance of the noise insertion method for DBT exams. The results showed that, when compared with reference images, the simulated images achieved less than 1% error for mean and standard deviation values and close to 5% error for power spectrum analysis, improving in up to 64% when compared with non-optimized for DBT simulation methods.