Orientador : Luiz Carlos Kretly / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SodreJunior_ArismarCerqueira_M.pdf: 6546725 bytes, checksum: 61e206e12e9e4c2f2cdf8a4dd0499d7b (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Os arranjosde antenas adaptativos têm sido reconhecidos como a solução chave para aumento da eficiência espectral e para melhora do desempenho dos sistemas de comunicações móveis das próximas gerações 3G e 4G. Com estes arranjos é possível otimizar e atualizar o padrão de radiação de acordo com o ambiente, e assim reduzir o desvanecimento devido aos multipercursos, à interferência co-canal e à taxa de erro de bit. Embora a implementação das antenas adaptativas ser principalmente investigada nas ERBs, Estações Rádio Base, é interessante avaliar seu desempenho na estação móvel. Este trabalho apresenta metodologias de projeto, simulações e construção de protótipos de arranjos de antenas, com diferentes elementos e geometrias, objetivando alcançar um protótipo adequado a ser aplicado em sistemas adaptativos. A análise dos protótipos foi feita em função da perda de retorno, das características adaptativas e reconfiguráveisdo padrão de radiação e dos parâmetros básicos das antenas, como eficiência e ganho. Foram usados os elementos: patch, antena de microfita planar; SLOT, ranhura planar radiadoraj PIFA, antena planar com F invertido. O protótipo final foi testado com um protocolo CDMA, acesso múltiplo por divisão de código, em diversos ambientes, desde locais com linha de visada até ambientes suburbanos, arborizados e indoors / Abstract: The adaptive antenna arrays are being regarded by many as the key solution to increasing the spectral efficiency and improving the system performance in 3G and 4G mobile communication systems. With these arrays it is possible to configure, adapt and update the radiation pattem according to the environment, reducing fading due multipath, the co-canal interference and bit error rate. Although the implementation of adaptive antennas is mainly investigated on base stations, it is interesting to evaluate their performance at the mobile leveI or handset. This work presents design methodologies, simulations and construction of antenna array prototypes, with different elements and geometries, with the purpose of getting a suitable prototype, that can be applied to adaptive systems. The prototype analysis was based on return loss, adaptive and reconfigurable characteristics of radiation pattern and basic parameters of antennas, such as efficiency and gain. The following elements have been used: patch, planar microstrip antennaj SLOT, radiated planar groovej PIFA, Planar Inverted F Antenna. The final prototype was tested with CDMA protocol in several environments, since Line of Sight links, until suburban, woody and indoor environments / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Propõe-se método novo e completo para análise de acetona em ar exalado envolvendo coleta com pré-concentração em água, derivatização química e determinação eletroquímica assistida por novo algoritmo de processamento de sinais. Na literatura recente a acetona expirada vem sendo avaliada como biomarcador para monitoramento não invasivo de quadros clínicos como diabetes e insuficiência cardíaca, daí a importância da proposta. Entre as aminas que reagem com acetona para formar iminas eletroativas, estudadas por polarografia em meados do século passado, a glicina apresentou melhor conjunto de características para a definição do método de determinação por voltametria de onda quadrada sem a necessidade de remoção de oxigênio (25 Hz, amplitude de 20 mV, incremento de 5 mV, eletrodo de gota de mercúrio). O meio reacional, composto de glicina (2 mol·L-1) em meio NaOH (1 mol·L-1), serviu também de eletrólito e o pico de redução da imina em -1,57 V vs. Ag|AgCl constituiu o sinal analítico. Para tratamento dos sinais, foi desenvolvido e avaliado um algoritmo inovador baseado em interpolação de linha base por ajuste de curvas de Bézier e ajuste de gaussiana ao pico. Essa combinação permitiu reconhecimento e quantificação de picos relativamente baixos e largos sobre linha com curvatura acentuada e ruído, situação em que métodos convencionais falham e curvas do tipo spline se mostraram menos apropriadas. A implementação do algoritmo (disponível em http://github.com/batistagl/chemapps) foi realizada utilizando programa open source de álgebra matricial integrado diretamente com software de controle do potenciostato. Para demonstrar a generalidade da extensão dos recursos nativos do equipamento mediante integração com programação externa em linguagem Octave (open source), implementou-se a técnica da cronocoulometria tridimensional, com visualização de resultados já tratados em projeções de malha de perspectiva 3D sob qualquer ângulo. A determinação eletroquímica de acetona em fase aquosa, assistida pelo algoritmo baseado em curvas de Bézier, é rápida e automática, tem limite de detecção de 3,5·10-6 mol·L-1 (0,2 mg·L-1) e faixa linear que atende aos requisitos da análise em ar exalado. O acetaldeído, comumente presente em ar exalado, em especial, após consumo de bebidas alcoólicas, dá origem a pico voltamétrico em -1,40 V, contornando interferência que prejudica vários outros métodos publicados na literatura e abrindo possibilidade de determinação simultânea. Resultados obtidos com amostras reais são concordantes com os obtidos por método espectrofotométrico, em uso rotineiro desde o seu aperfeiçoamento na dissertação de mestrado do autor desta tese. Em relação à dissertação, também se otimizou a geometria do dispositivo de coleta, de modo a concentrar a acetona num volume menor de água gelada e prover maior conforto ao paciente. O método completo apresentado, englobando o dispositivo de amostragem aperfeiçoado e o novo e efetivo algoritmo para tratamento automático de sinais voltamétricos, está pronto para ser aplicado. Evolução para um analisador portátil depende de melhorias no limite de detecção e facilidade de obtenção eletrodos sólidos (impressos) com filme de mercúrio, vez que eletrodos de bismuto ou diamante dopado com boro, entre outros, não apresentaram resposta. / A new and complete method for analyzing acetone in exhaled breath is proposed, involving sample collection by preconcentration in water, chemical derivatization and electrochemical determination assisted by a new signal processing algorithm. Breath acetone is under investigation in the medical literature as a biomarker for noninvasive monitoring of clinical conditions such as diabetes and heart failure and better analyzers are demanded. Some amines that react with acetone to form electroactive imines, already studied by polarography in the middle of the last century, were evaluated here as derivatizing agents and glycine presented the best compromise for the definition of a determination method by square wave voltammetry without purging of dissolved oxygen (20 mV pulses at 25 Hz with 5 mV scanning steps, mercury drop electrode). The derivatization medium of glycine (2 mol·L-1) and NaOH (1 mol·L-1) also serves as electrolyte and the imine reduction peak at -1.57 V vs. Ag|AgCl constitutes the analytical signal. For signal processing a novel algorithm based on baseline automatic prediction using Bézier curves was developed in combination with Gaussian peak fitting. This innovative combination enables the recognition and quantification of relatively low and broad peaks on a curved and noisy baseline while standard procedures fail and fitting of splines is less appropriate. The algorithm (available at http://github.com/batistagl/chemapps) was implemented using open source matrix algebra software directly integrated with the potentiostat control software. The generality of this approach to extend the native resources of commercial equipment was evidenced by proceeding the implementation of 3D chronocoulometry with help of the open source Octave language. The processed charge vs. potential vs. time function 3-D surfaces for the forward and backward steps can be observed from any angle on the screen. The fast automatic electrochemical determination of acetone assisted by the Bézier based curve fitting algorithm, with an acetone detection limit of 3.5·10-6 mol·L-1 (0.2 mg·L-1) and a wide linear range is entirely satisfactory for breath analysis. Acetaldehyde, an expected component of breath, especially after ingestion of alcohol, and a common interferent for some other analytical methods, generates a peak at -1.40 V that does not interfere with the acetone determination and that is possibly suitable for simultaneous determination of this analyte. Results obtained with real samples are in agreement with spectrophotometric determinations routinely applied to breath analysis, formerly developed in the master dissertation of the author of this thesis. The geometry of the impinger sampling device was also improved (in comparison with the dissertation) in order to collect the acetone in a smaller volume of cooled water and to allow the patient to breath more freely. The complete method at its current state of development, encompassing the improved sampler and the new effective signal processing algorithm for voltammetric signals is ready for use. Evolution to a portable analyzer can be envisioned if the shortcomings of detection limits of solid (screen-printed) electrode preparation with a mercury film are overcome, once the imine signal was not observed on solid electrodes like bismuth and boron doped diamond.

Propõe-se método novo e completo para análise de acetona em ar exalado envolvendo coleta com pré-concentração em água, derivatização química e determinação eletroquímica assistida por novo algoritmo de processamento de sinais. Na literatura recente a acetona expirada vem sendo avaliada como biomarcador para monitoramento não invasivo de quadros clínicos como diabetes e insuficiência cardíaca, daí a importância da proposta. Entre as aminas que reagem com acetona para formar iminas eletroativas, estudadas por polarografia em meados do século passado, a glicina apresentou melhor conjunto de características para a definição do método de determinação por voltametria de onda quadrada sem a necessidade de remoção de oxigênio (25 Hz, amplitude de 20 mV, incremento de 5 mV, eletrodo de gota de mercúrio). O meio reacional, composto de glicina (2 mol·L-1) em meio NaOH (1 mol·L-1), serviu também de eletrólito e o pico de redução da imina em -1,57 V vs. Ag|AgCl constituiu o sinal analítico. Para tratamento dos sinais, foi desenvolvido e avaliado um algoritmo inovador baseado em interpolação de linha base por ajuste de curvas de Bézier e ajuste de gaussiana ao pico. Essa combinação permitiu reconhecimento e quantificação de picos relativamente baixos e largos sobre linha com curvatura acentuada e ruído, situação em que métodos convencionais falham e curvas do tipo spline se mostraram menos apropriadas. A implementação do algoritmo (disponível em http://github.com/batistagl/chemapps) foi realizada utilizando programa open source de álgebra matricial integrado diretamente com software de controle do potenciostato. Para demonstrar a generalidade da extensão dos recursos nativos do equipamento mediante integração com programação externa em linguagem Octave (open source), implementou-se a técnica da cronocoulometria tridimensional, com visualização de resultados já tratados em projeções de malha de perspectiva 3D sob qualquer ângulo. A determinação eletroquímica de acetona em fase aquosa, assistida pelo algoritmo baseado em curvas de Bézier, é rápida e automática, tem limite de detecção de 3,5·10-6 mol·L-1 (0,2 mg·L-1) e faixa linear que atende aos requisitos da análise em ar exalado. O acetaldeído, comumente presente em ar exalado, em especial, após consumo de bebidas alcoólicas, dá origem a pico voltamétrico em -1,40 V, contornando interferência que prejudica vários outros métodos publicados na literatura e abrindo possibilidade de determinação simultânea. Resultados obtidos com amostras reais são concordantes com os obtidos por método espectrofotométrico, em uso rotineiro desde o seu aperfeiçoamento na dissertação de mestrado do autor desta tese. Em relação à dissertação, também se otimizou a geometria do dispositivo de coleta, de modo a concentrar a acetona num volume menor de água gelada e prover maior conforto ao paciente. O método completo apresentado, englobando o dispositivo de amostragem aperfeiçoado e o novo e efetivo algoritmo para tratamento automático de sinais voltamétricos, está pronto para ser aplicado. Evolução para um analisador portátil depende de melhorias no limite de detecção e facilidade de obtenção eletrodos sólidos (impressos) com filme de mercúrio, vez que eletrodos de bismuto ou diamante dopado com boro, entre outros, não apresentaram resposta. / A new and complete method for analyzing acetone in exhaled breath is proposed, involving sample collection by preconcentration in water, chemical derivatization and electrochemical determination assisted by a new signal processing algorithm. Breath acetone is under investigation in the medical literature as a biomarker for noninvasive monitoring of clinical conditions such as diabetes and heart failure and better analyzers are demanded. Some amines that react with acetone to form electroactive imines, already studied by polarography in the middle of the last century, were evaluated here as derivatizing agents and glycine presented the best compromise for the definition of a determination method by square wave voltammetry without purging of dissolved oxygen (20 mV pulses at 25 Hz with 5 mV scanning steps, mercury drop electrode). The derivatization medium of glycine (2 mol·L-1) and NaOH (1 mol·L-1) also serves as electrolyte and the imine reduction peak at -1.57 V vs. Ag|AgCl constitutes the analytical signal. For signal processing a novel algorithm based on baseline automatic prediction using Bézier curves was developed in combination with Gaussian peak fitting. This innovative combination enables the recognition and quantification of relatively low and broad peaks on a curved and noisy baseline while standard procedures fail and fitting of splines is less appropriate. The algorithm (available at http://github.com/batistagl/chemapps) was implemented using open source matrix algebra software directly integrated with the potentiostat control software. The generality of this approach to extend the native resources of commercial equipment was evidenced by proceeding the implementation of 3D chronocoulometry with help of the open source Octave language. The processed charge vs. potential vs. time function 3-D surfaces for the forward and backward steps can be observed from any angle on the screen. The fast automatic electrochemical determination of acetone assisted by the Bézier based curve fitting algorithm, with an acetone detection limit of 3.5·10-6 mol·L-1 (0.2 mg·L-1) and a wide linear range is entirely satisfactory for breath analysis. Acetaldehyde, an expected component of breath, especially after ingestion of alcohol, and a common interferent for some other analytical methods, generates a peak at -1.40 V that does not interfere with the acetone determination and that is possibly suitable for simultaneous determination of this analyte. Results obtained with real samples are in agreement with spectrophotometric determinations routinely applied to breath analysis, formerly developed in the master dissertation of the author of this thesis. The geometry of the impinger sampling device was also improved (in comparison with the dissertation) in order to collect the acetone in a smaller volume of cooled water and to allow the patient to breath more freely. The complete method at its current state of development, encompassing the improved sampler and the new effective signal processing algorithm for voltammetric signals is ready for use. Evolution to a portable analyzer can be envisioned if the shortcomings of detection limits of solid (screen-printed) electrode preparation with a mercury film are overcome, once the imine signal was not observed on solid electrodes like bismuth and boron doped diamond.

Orientador: João Marcos Travassos Romano / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T23:30:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZanattaFilho_Danilo_D.pdf: 1987916 bytes, checksum: be6038a70235bda4b62a193a0296ffb7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O presente trabalho trata da utilização, em transmissão, de um arranjo de antenas na estação rádio-base de um sistema de comunicação celular. Na recepção, as soluções para explorar o arranjo são atualmente bem estabelecidas na literatura. Por outro lado, na transmissão, o problema se mantém aberto. Duas abordagens são possíveis: explorar o arranjo de antenas em beamforming ou em diversidade. Essas duas abordagens se opõem pelas hipóteses sobre a correlação dos canais, o que implica um maior ou menor espaçamento entre as antenas, de acordo com o ambiente de propagação. Na prática, essas hipóteses são muito difíceis de se respeitar. Nesta dissertação, pretendemos tratar esta questão na sua globalidade, conciliando diversidade e beamforming para melhor explorar o arranjo de antenas. Consideramos o contexto monousuário, assim como o caso multiusuário. No caso monousuário, propomos uma estrutura de transmissão composta por uma técnica de diversidade de transmissão clássica aplicada a antenas virtuais diretivas e idealmente independentes. Essas antenas virtuais são fabricadas por meio de filtros puramente espaciais aplicados às antenas reais. O conjunto desses filtros é chamado precoder e se intercala entre a diversidade de transmissão e o arranjo de antenas utilizado em transmissão. Esse precoder desempenha um duplo papel, o de realizar o beamforming e o de criar a diversidade por meio de antenas virtuais idealmente independentes, conciliando assim diversidade de transmissão e beamforming em transmissão. Duas abordagens são propostas para se obter o precoder , uma baseada na minimização da variância da potência recebida pelo móvel e a segunda baseada diretamente na minimização da taxa de erro. Comparadas às técnicas clássicas, as novas técnicas apresentam melhores desempenhos. Em seguida, propomos uma extensão dessa estrutura ao contexto multiusuário, para o qual técnicas de diversidade de transmissão ainda não foram propostas na literatura. Propomos a adaptação conjunta dos precoders, buscando minimizar a potência total de transmissão, respeitando as BERs alvo dos usuários. De maneira análoga ao caso monousuário, os precoders permitem conciliar beamforming e diversidade de transmissão. Comparada às técnicas clássicas de beamforming multiusuário, a nova abordagem introduz diversidade de transmissão ao enlace, apresentando melhores desempenhos / Abstract: This work deals with the use of an antenna array at the base station of a mobile communication system for transmission. In reception, solutions that exploit the antenna array are now well established. In transmission, however, the problem remains open. Two approaches are possible: exploit the array by using beamforming techniques or by using diversity techniques. These two approaches are based on opposing assumptions about the channels correlation, which implies a greater or smaller distance between antennas, depending on the environment. In practice, these assumptions are not verified. Here, we aim to deal with the problem as a whole for better exploiting the antenna array. This work treats the single-user case, as well as the multiuser scenario. In the single-user case, we propose a transmission scheme composed of a classical transmit diversity technique applied to virtual antennas, which are directive and ideally independent. These virtual antennas are produced by means of purely spatial filters applied to the real antennas. This set of filters is called precoder, and acts as the interface between the transmit diversity technique and the transmit antenna array. The precoder function is twofold; to beamform the transmit signal, and to create diversity by means of ideally independent virtual antennas, thus combining transmit diversity and transmit beamforming. We propose two approaches to obtain this precoder, one based on the minimization of the variance of the received power at the mobile, and the other directly based on the minimization of the error rate. Compared to more classical approaches, the performance of the new methods reveals their advantage. Then, we extend this scheme to a multiuser context, for which transmit diversity techniques have not yet been developed. We propose to jointly adapt the precoders by minimizing the total transmit power while satisfying the users¿ target BER. Similarly to the single-user case, the precoders allow to combine beamforming and transmit diversity. Compared to classical multiuser beamforming techniques, the new approach adds diversity to the link and obtains in return better performances / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

A epilepsia do lobo temporal (ELT) é a forma mais comum de epilepsia e a mais resistente ao tratamento medicamentoso. Existem diversos tipos de drogas anti-epilépticas usadas no controle das crises. Entretanto, em alguns casos, esse tipo de tratamento não é eficaz e a cirurgia para remoção da zona epileptogênica (ZE) pode ser uma alternativa recomendada. A ZE é definida como aquela onde as crises são originadas. Trata-se de um conceito teórico e, atualmente, não existem técnicas capazes de delimitá-la precisamente. Na prática, exames de EEG, vídeo-EEG, MEG, SPECT, PET e diversas técnicas de MRI, em especial as funcionais, têm sido usados para mapear zonas relacionadas à ZE. Contudo, em alguns casos, os resultados permanecem não convergentes e a determinação da ZE inconclusiva. Desse modo, é evidente a importância do surgimento de novas metodologias para auxiliar a localização da ZE. Assim, pois, o objetivo deste trabalho foi desenvolver dois métodos para a avaliação da ZE, ambos baseados na imagem funcional por ressonância magnética. No primeiro, investigamos possíveis alterações da resposta hemodinâmica (HRF) quando da modulação da pressão parcial de CO2. Para tanto, fizemos um estudo sobre 22 pacientes com ELT e 10 voluntários assintomáticos modulando a pressão parcial de CO2 sanguíneo cerebral por um protocolo de manobra de pausa respiratória e outro de inalação passiva de CO2/ar. Os resultados mostram que o tempo de onset da HRF tende a ser maior e a amplitude da HRF tende a ser menor em áreas do lobo temporal de pacientes com ELT quando comparados com os dados de voluntários assintomáticos. Além disso, os resultados mostram mapas de onset individuais coincidentes com exames de SPECT ictal. O segundo estudo foi baseado em medidas de EEG-fMRI simultâneo. Neste, avaliamos a relação entres as potências dos ritmos cerebrais alfa e teta (EEG) e o contraste BOLD (fMRI) de 41 pacientes com ELT e 7 voluntários assintomáticos em estado de repouso. A análise da banda alfa mostrou correlações negativas nos lobos occipital, parietal e frontal tanto nos voluntários quanto nos pacientes com ELT. As correlações positivas nos voluntários foram dispersas e variáveis em ambos hemisférios cerebrais. Por outro lado, encontramos forte correlação positiva no tálamo e ínsula dos pacientes com ELT. Na análise da banda teta observamos correlações positivas bilaterais nos giros pré e pós central de voluntários. Ainda, foram observados clusters no cíngulo anterior, tálamo, ínsula, putamen, em regiões parietais superior, frontais e giros temporais. Também, utilizamos um cálculo de índice de lateralização (IL) no lobo temporal em confrontos entre pacientes com ELT à direita, pacientes com ELT à esquerda e voluntários assintomáticos. Verificamos que os ILs, utilizando os clusters obtidos nas análises em teta, foram coincidentes com o diagnóstico clínico prévio da localização da ZE em todas as análises dos grupos de pacientes com ELT à direita, e na maioria do grupo de pacientes com ELT à esquerda. De forma geral, verificamos que o método de hipercapnia se mostrou ferramenta interessante na localização da ZE comprovada pelos coincidentes achados pela avaliação de SPECT. Inferimos que o maior tempo de onset e menor amplitude da HRF observadas nos pacientes em relação a voluntários possam estar relacionados a um stress vascular devido à recorrência de crises. Já o método de ritmicidade alfa e teta proposto parece promissor para ser usado na determinação da lateralização da ZE em pacientes com ELT. / Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common and resistant form of epilepsy to anti-epileptic drug. There are several types of anti-epileptic drugs used in seizure control. However, in some cases drug treatment is not effective and surgery to remove the epileptogenic zone (EZ) is a recommended alternative. EZ is a theoretical concept and there are many techniques that have been applied to enclose it precisely. In practice, EEG, video-EEG, MEG, SPECT, PET and various MRI techniques, especially functional MRI (fMRI), have been used to map areas related to EZ. However, in some cases, the results remain non-convergent and the EZ, undefined. Therefore, the use of new methodologies to assist the location of EZ have been proposed. Herein, our goal was to develop two methods for assessing the EZ. The first one was designed to access changes in the hemodynamic response (HRF) of the EZ in response to hypercapnia. 22 patients with TLE and 10 normal volunteers were evaluated by modulating the partial pressure of CO2 during the acquisition of fMRI in a breathing holding and a passive inhalation CO2/air protocols. The results show increased onset times and decreased amplitude of the HRF in the temporal lobe of TLE patients compared with asymptomatic volunteers. Moreover, most patients had onset maps coincident with ictal SPECT localizations. The second proposed study was based on simultaneous EEG-fMRI acquisitions. The relationship between powers of alpha and theta bands (EEG) and BOLD contrast (fMRI) was investigated in 41 TLE patients and 7 healthy controls. Alpha band results show a consistent negative correlation in the occipital, parietal and frontal lobes both in controls and TLE patients. In addition, controls show disperse positive correlations in both hemispheres. On the other hand, TLE patients presented strong positive correlations in the thalamus and insula. Theta band analysis, in controls, primarily show positive correlations in bilateral pre-and post-central gyri. In patients, robust positive correlations were observed in the anterior cingulate gyrus, thalamus, insula, putamen, superior parietal, frontal and temporal gyri. Moreover, the lateralization index (LI) indicates a coincidence between the side of the EZ evaluated by clinical diagnosis and clusters detected in the theta band. In conclusion, the hipercapnia study showed to be an interesting tool in locating EZ and the results are similar to SPECT findings. The longer onset and lower amplitude of the HRF observed in patients may be related to a vascular stress due to the recurrence of seizures. Furthermore, alpha and theta rhythms may be a promising tool to be used in determining the lateralization of EZ in patients with TLE.

O mapeamento das respostas BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) constitui etapa importante nos experimentos de imagem funcional por ressonância magnética (Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI) e de EEG-fMRI simultâneo. Em sua grande maioria, a análise de dados de fMRI e de EEG-fMRI está baseada no modelo linear geral (General Linear Model GLM), que procura localizar as respostas BOLD por meio de modelos definidos a priori. Porém, em muitos casos, como em pacientes, variações na forma e/ou atraso podem reduzir a confiabilidade dos resultados. Desse modo, o primeiro objetivo deste trabalho foi explorar métodos clássicos e propor novos métodos para análise de dados de fMRI e de EEG-fMRI simultâneo. Neste trabalho, um método modificado baseado na distância de Kullback-Leibler generalizada (dKLg) foi desenvolvido. Diferentemente do GLM, essa abordagem não requer um modelo para a resposta. Dados simulados foram utilizados para otimizá-lo e compará-lo ao GLM sob diferentes condições de resposta como a relação sinal ruído e a latência. Em seguida, o dKLg foi testado em dados reais, adquiridos em 14 voluntários assintomáticos, submetidos a tarefas motoras e auditivas padrões. Os resultados mostram a equivalência entre o dKLg e o GLM. Em seguida, essa estratégia foi testada em 02 pacientes com com estenose carotídea unilateral. Neste caso, o dKLg foi capaz de detectar regiões significativas ipsilaterais à estenose, não detectadas pelo GLM, em virtude do atraso do sinal BOLD. Em seguida, esses métodos foram aplicados sobre exames de EEG-fMRI realizados em 45 pacientes com epilepsia. Para esse conjunto de dados, mais uma abordagem foi elaborada, que utiliza a Análise de Componentes Independentes (Independent Component Analysis ICA). Denominado ICA-GLM, ele permite extrair de modo semi-automático a amplitude, duração e topografia das descargas epileptiformes interictais (Interictal Epileptiform Discharges IED), favorecendo a inclusão de sinais do EEG de menor destaque. Além dessa vantagem, ele ainda permite incluir modelos do sinal BOLD com diferentes latências, aumentando a abrangência da variabilidade das respostas encontradas em pacientes com epilepsia. A eficiência do ICA-GLM também foi comparado à do GLM e dKLg nos exames de EEG-fMRI. Embora os resultados tenham demonstrado a robustez do GLM, em alguns pacientes o dKLg foi mais eficiente para localizar regiões concordantes que não foram detectadas pelo GLM. Ainda, em boa parte dos casos o ICA-GLM detectou regiões mais extensas e com maior valor estatístico, quando comparado ao GLM. De forma geral, nota-se que o dKLg e ICA-GLM podem ser ferramentas complementares importantes ao GLM, aumentando a sensibilidade dos exames de EEG-fMRI como um todo. Outra etapa importante nas avaliações de EEG-fMRI em pacientes com epilepsia tem sido a utilização de imagens de fontes elétricas (Electrical Source Imaging ESI). Neste trabalho, os mapas de ESI foram obtidos por dois métodos de solução inversa distribuída nunca usados no cenários da EEG-fMRI: Bayesian Model Averaging (BMA) e constrained Low Resolution Electromagnetic Tomography (cLORETA). Além da construção dos mapas de ESI, avaliamos a utilidade de combinar as técnicas de ESI e de EEG-fMRI para promover a diferenciação entre fontes primárias e de propagação temporal. Essa análise permitiu avaliar a concordância entre as regiões detectadas pelo ESI e EEG-fMRI e diferenciar as respostas BOLD relacionadas aos componentes iniciais e posteriores da IED. Embora os resultados ainda sejam preliminares para eleger qual método seria mais eficiente (cLORETA ou BMA), a distância encontrada entre o máximo ESI e o cluster de EEG-fMRI mais próximo foi consistentemente similar, em ambos, com os dados recentes da literatura. / Functional magnetic resonance imaging (fMRI) and combined EEG-fMRI usually rely on the successful detection of Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) signal. Typically, the analysis of both fMRI and EEG-fMRI are based on the General Linear Model (GLM) that aims at localizing the BOLD responses associated to an a priori model. However, the responses are not always canonical, as is the case of those from patients, which may reduce the reliability of the results. Therefore, the first objective of the present study was to explore the usage of classical methods, such as the GLM, and to propose alternative strategies to the analysis of fMRI and combined EEG-fMRI. A first method developed was based on the computation of the generalized Kullback-Leibler distance (gKLd), which does not require the use of an a priori model. Simulated data was used to allow quantitative comparison between the gKLd and GLM under different response conditions such as the signal to noise ratio and delay. The gKLd was then tested on real data, first from 14 asymptomatic subjects, submitted to classical motor and auditory fMRI protocols. The results demonstrate that under these conditions the GLM and gKLd are equivalent. The same strategy was applied to 02 patients with unilateral carotid stenosis. Now the dKLg was capable of detecting the expected bilateral BOLD responses that were not detected by the GLM, as a consequence of the response delay imposed by the stenosis. Those comparisons were now extended to the evaluation of EEG-fMRI exams from 45 patients with epilepsy. For this data set, an additional method was used, based on the use of Independent Component Analysis (ICA), which was called ICA-GLM. It allows extracting semi-automatically the amplitude, duration and topography of EEG interictal Epileptiform Discharges (IED), favoring the use of less prominent signals. Moreover, it also allows the use of BOLD response models with different delays, expanding the variability of the responses to be detected in patients with epilepsy. ICA-GLM was also compared to GLM and dKLg in these EEG-fMRI evaluations. Although in general the results have demonstrated the robustness of the GLM, dKLg was more efficient in detecting the responses from some pacients, while the ICA-GLM mostly detected broader regions with more significant results when compared to GLM. In general, dKLg and ICA-GLM seem to offer an important complementary aspect to the GLM, increasing its sensibility in EEG-fMRI as a whole. Another important aspect of EEG-fMRI applied to patients with epilepsy has been the inspection of Electrical Source Imaging (ESI) to evaluate some dynamical aspects of the IED. Herein, ESI maps were obtained from two inverse distributed solutions that were not applied so far to EEG-fMRI: Bayesian Model Averaging (BMA) and constrained Low Resolution Electromagnetic Tomography (cLORETA). Besides, we also evaluated the combined information from ESI and EEG-fMRI in order to differentiate from primary sources to temporal propagation of the signal. Such analysis allowed us to inspect for the correspondence between regions detected by ESI e EEG-fMRI and to separate BOLD signals whose sources are related to the initial and later components of the IED. Although the results are preliminary to determine which ESI method (cLORETA or BMA) is more efficient, the distance between the maximum ESI and the closest EEG-fMRI cluster was consistently similar with those reported in the literature.

Tese de mestrado integrado. Bioengenharia. Área de Especialização de Engenharia Biomédica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:52:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissFSS.pdf: 471874 bytes, checksum: 52bc0458fea36b975556da8d0d9d80ca (MD5) Previous issue date: 2003-08-14 / This work consists in the development of genetic algorithms for the Task-to-Processo Assignment Problem in multiprocessor applications. Specifically, the objective is to find the task-to-processor assignment that minimizes the total delay in a particular multiprocessor digital signal processing architecture. We present a description of our algorithm implementations and the results found with a set of 117 randomly generated and real-life instances. The algorithms performance is compared with the results provided by a competitive dynamic list heuristic and a multiple start search algorithm. The results indicate lower delays in more than 68% of the instances, at a higher computational cost. / O objetivo deste projeto consiste no desenvolvimento de algoritmos genéticos para resolução do problema de designação de tarefas em multiprocessadores de processamento digital de sinal (PDS). Especificamente, busca-se minimizar o atraso total em uma arquitetura de multiprocessadores particular, bastante utilizada em sistemas reais. Neste trabalho são apresentadas implementações de algoritmos genéticos, e os resultados computacionais decorrentes de sua aplicação a um conjunto de 117 exemplos gerados aleatoriamente e extraídos de contextos reais. O desempenho dos algoritmos é analisado, comparando-se a qualidade das soluções e os tempos computacionais requeridos com os obtidos por uma heurística competitiva da literatura e por um algoritmo de busca multiple starts. Os algoritmos genéticos obtiveram menores valores de atraso em mais de 68% dos exemplos, a um tempo computacional maior.

O mapeamento das respostas BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) constitui etapa importante nos experimentos de imagem funcional por ressonância magnética (Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI) e de EEG-fMRI simultâneo. Em sua grande maioria, a análise de dados de fMRI e de EEG-fMRI está baseada no modelo linear geral (General Linear Model GLM), que procura localizar as respostas BOLD por meio de modelos definidos a priori. Porém, em muitos casos, como em pacientes, variações na forma e/ou atraso podem reduzir a confiabilidade dos resultados. Desse modo, o primeiro objetivo deste trabalho foi explorar métodos clássicos e propor novos métodos para análise de dados de fMRI e de EEG-fMRI simultâneo. Neste trabalho, um método modificado baseado na distância de Kullback-Leibler generalizada (dKLg) foi desenvolvido. Diferentemente do GLM, essa abordagem não requer um modelo para a resposta. Dados simulados foram utilizados para otimizá-lo e compará-lo ao GLM sob diferentes condições de resposta como a relação sinal ruído e a latência. Em seguida, o dKLg foi testado em dados reais, adquiridos em 14 voluntários assintomáticos, submetidos a tarefas motoras e auditivas padrões. Os resultados mostram a equivalência entre o dKLg e o GLM. Em seguida, essa estratégia foi testada em 02 pacientes com com estenose carotídea unilateral. Neste caso, o dKLg foi capaz de detectar regiões significativas ipsilaterais à estenose, não detectadas pelo GLM, em virtude do atraso do sinal BOLD. Em seguida, esses métodos foram aplicados sobre exames de EEG-fMRI realizados em 45 pacientes com epilepsia. Para esse conjunto de dados, mais uma abordagem foi elaborada, que utiliza a Análise de Componentes Independentes (Independent Component Analysis ICA). Denominado ICA-GLM, ele permite extrair de modo semi-automático a amplitude, duração e topografia das descargas epileptiformes interictais (Interictal Epileptiform Discharges IED), favorecendo a inclusão de sinais do EEG de menor destaque. Além dessa vantagem, ele ainda permite incluir modelos do sinal BOLD com diferentes latências, aumentando a abrangência da variabilidade das respostas encontradas em pacientes com epilepsia. A eficiência do ICA-GLM também foi comparado à do GLM e dKLg nos exames de EEG-fMRI. Embora os resultados tenham demonstrado a robustez do GLM, em alguns pacientes o dKLg foi mais eficiente para localizar regiões concordantes que não foram detectadas pelo GLM. Ainda, em boa parte dos casos o ICA-GLM detectou regiões mais extensas e com maior valor estatístico, quando comparado ao GLM. De forma geral, nota-se que o dKLg e ICA-GLM podem ser ferramentas complementares importantes ao GLM, aumentando a sensibilidade dos exames de EEG-fMRI como um todo. Outra etapa importante nas avaliações de EEG-fMRI em pacientes com epilepsia tem sido a utilização de imagens de fontes elétricas (Electrical Source Imaging ESI). Neste trabalho, os mapas de ESI foram obtidos por dois métodos de solução inversa distribuída nunca usados no cenários da EEG-fMRI: Bayesian Model Averaging (BMA) e constrained Low Resolution Electromagnetic Tomography (cLORETA). Além da construção dos mapas de ESI, avaliamos a utilidade de combinar as técnicas de ESI e de EEG-fMRI para promover a diferenciação entre fontes primárias e de propagação temporal. Essa análise permitiu avaliar a concordância entre as regiões detectadas pelo ESI e EEG-fMRI e diferenciar as respostas BOLD relacionadas aos componentes iniciais e posteriores da IED. Embora os resultados ainda sejam preliminares para eleger qual método seria mais eficiente (cLORETA ou BMA), a distância encontrada entre o máximo ESI e o cluster de EEG-fMRI mais próximo foi consistentemente similar, em ambos, com os dados recentes da literatura. / Functional magnetic resonance imaging (fMRI) and combined EEG-fMRI usually rely on the successful detection of Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) signal. Typically, the analysis of both fMRI and EEG-fMRI are based on the General Linear Model (GLM) that aims at localizing the BOLD responses associated to an a priori model. However, the responses are not always canonical, as is the case of those from patients, which may reduce the reliability of the results. Therefore, the first objective of the present study was to explore the usage of classical methods, such as the GLM, and to propose alternative strategies to the analysis of fMRI and combined EEG-fMRI. A first method developed was based on the computation of the generalized Kullback-Leibler distance (gKLd), which does not require the use of an a priori model. Simulated data was used to allow quantitative comparison between the gKLd and GLM under different response conditions such as the signal to noise ratio and delay. The gKLd was then tested on real data, first from 14 asymptomatic subjects, submitted to classical motor and auditory fMRI protocols. The results demonstrate that under these conditions the GLM and gKLd are equivalent. The same strategy was applied to 02 patients with unilateral carotid stenosis. Now the dKLg was capable of detecting the expected bilateral BOLD responses that were not detected by the GLM, as a consequence of the response delay imposed by the stenosis. Those comparisons were now extended to the evaluation of EEG-fMRI exams from 45 patients with epilepsy. For this data set, an additional method was used, based on the use of Independent Component Analysis (ICA), which was called ICA-GLM. It allows extracting semi-automatically the amplitude, duration and topography of EEG interictal Epileptiform Discharges (IED), favoring the use of less prominent signals. Moreover, it also allows the use of BOLD response models with different delays, expanding the variability of the responses to be detected in patients with epilepsy. ICA-GLM was also compared to GLM and dKLg in these EEG-fMRI evaluations. Although in general the results have demonstrated the robustness of the GLM, dKLg was more efficient in detecting the responses from some pacients, while the ICA-GLM mostly detected broader regions with more significant results when compared to GLM. In general, dKLg and ICA-GLM seem to offer an important complementary aspect to the GLM, increasing its sensibility in EEG-fMRI as a whole. Another important aspect of EEG-fMRI applied to patients with epilepsy has been the inspection of Electrical Source Imaging (ESI) to evaluate some dynamical aspects of the IED. Herein, ESI maps were obtained from two inverse distributed solutions that were not applied so far to EEG-fMRI: Bayesian Model Averaging (BMA) and constrained Low Resolution Electromagnetic Tomography (cLORETA). Besides, we also evaluated the combined information from ESI and EEG-fMRI in order to differentiate from primary sources to temporal propagation of the signal. Such analysis allowed us to inspect for the correspondence between regions detected by ESI e EEG-fMRI and to separate BOLD signals whose sources are related to the initial and later components of the IED. Although the results are preliminary to determine which ESI method (cLORETA or BMA) is more efficient, the distance between the maximum ESI and the closest EEG-fMRI cluster was consistently similar with those reported in the literature.

Orientadores: João Marcos Travassos Romano, Leandro de Campos Teixeira Gomes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:05:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 UlianiNeto_Mario_M.pdf: 12916890 bytes, checksum: 53ed98252c8c6c265c985346ceaeec4f (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O objetivo deste trabalho é investigar o uso de uma marca d'água digital como sinal de referência na filtragem adaptativa supervisionada, aplicada aos problemas de equalização e identificação de canais. Ao contrário de métodos mais tradicionais, nos quais a comunicação é periodicamente interrompida para a transmissão de seqüências de treinamento, uma marca d'água é transmitida ininterruptamente, juntamente com o sinal de informação. Através da comparação entre o sinal recebido processado pelo filtro equalizador e a marca d'água original, ou entre o sinal recebido e a marca d' água processada pelo filtro identificador, os coeficientes deste filtro são continuamente adaptados para estimar e rastrear as características do canal ao longo do tempo. Tanto a transmissão de informação útil como a adaptação do filtro equalizador/identificador nunca são interrompidas. Para que o processo de detecção de uma marca d'água digital seja eficiente, é necessária a sincronização da marca no detector. Efeitos de dessincron}zação podem prejudicar a detecção, potencialmente inviabilizando a extração adequada da informação contida na marca d'água. Esta dissertação apresenta dois métodos de ressincronização para sistemas de filtragem empregando marca d'água. Ambos os métodos são baseados no uso de seqüências de treinamento embutidas na marca d'água e revertem os efeitos de uma ampla classe de ataques de dessincronização. No caso de sinais que apresentem uma interpretação sensorial (e.g. áudio, imagens, vídeo), a adição da marca d'água não deve causar distorção perceptível no sinal original. Propomos o uso de um modelo psicoacústico em conjunto com um algoritmo de conformação espectral para demonstrar a viabilidade do método quando aplicado a sinais de áudio. Resultados de simulações computacionais são apresentados para evidenciar o desempenho das propostas fr_nte a técnicas tradicionais de filtragem adaptativa supervisionada / Abstact: The objective of this work is to investigate the use of a digital watermark as a reference signal in supervised adaptive filtering, applied to the channel equalization and identification problems. Contrary to traditional adaptive methods, in which communication is periodically interrupted for the transmission of training sequences, a watermark is transmitted uninterruptedly, along with the information signal. By comparing the received signal and the watermark processed by the identification filter, or the received signal processed by the equalization filter and the original watermark, the coefficients of this filter are continuously adapted to estimate and monitor channel characteristics through time. Both the transmission of useful information and the adaptation of the identification/equalization filter are never interrupted. For the watermark detection process to be efficient, synchronization of the watermark in the detector is required. Desynchronization effects can reduce detection performance, potentially making impracticable the appropriate extraction of the information contained in the watermark. This dissertation presents two resynchronization methods for filtering systems using a watermark. Both methods are based on training sequences that are embedded in the watermark, and can reverse the effects of a large class of desynchronization attacks. The embedding of a watermark into signals with sensorial interpretation (e.g. audio, image, video) should not introduce noticeable distortion in the original signal. To achieve this when applying our method to audio signals, we propose the use of a psychoacoustic model with a spectral shaping algorithm. Simulation results are presented to illustrate the performance of the proposed method when compared to traditional supervised adaptive filtering techniques / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica