[EN] The main objective of this thesis is the development of new sensors and actuators using Printed Electronics technology. For this, conductive, semiconductor and dielectric polymeric materials are used on flexible and/or elastic substrates. By means of suitable designs and application processes, it is possible to manufacture sensors capable of interacting with the environment. In this way, specific sensing functionalities can be incorporated into the substrates, such as textile fabrics. Additionally, it is necessary to include electronic systems capable of processing the data obtained, as well as its registration. In the development of these sensors and actuators, the physical properties of the different materials are precisely combined. For this, multilayer structures are designed where the properties of some materials interact with those of others. The result is a sensor capable of capturing physical variations of the environment, and convert them into signals that can be processed, and finally transformed into data. On the one hand, a tactile sensor printed on textile substrate for 2D gesture recognition was developed. This sensor consists of a matrix composed of small capacitive sensors based on a capacitor type structure. These sensors were designed in such a way that, if a finger or other object with capacitive properties, gets close enough, its behaviour varies, and it can be measured. The small sensors are arranged in this matrix as in a grid. Each sensor has a position that is determined by a row and a column. The capacity of each small sensor is periodically measured in order to assess whether significant variations have been produced. For this, it is necessary to convert the sensor capacity into a value that is subsequently digitally processed. On the other hand, to improve the effectiveness in the use of the developed 2D touch sensors, the way of incorporating an actuator system was studied. Thereby, the user receives feedback that the order or action was recognized. To achieve this, the capacitive sensor grid was complemented with an electroluminescent screen printed as well. The final prototype offers a solution that combines a 2D tactile sensor with an electroluminescent actuator on a printed textile substrate. Next, the development of a 3D gesture sensor was carried out using a combination of sensors also printed on textile substrate. In this type of 3D sensor, a signal is sent generating an electric field on the sensors. This is done using a transmission electrode located very close to them. The generated field is received by the reception sensors and converted to electrical signals. For this, the sensors are based on electrodes that act as receivers. If a person places their hands within the emission area, a disturbance of the electric field lines is created. This is due to the deviation of the lines to ground using the intrinsic conductivity of the human body. This disturbance affects the signals received by the electrodes. Variations captured by all electrodes are processed together and can determine the position and movement of the hand on the sensor surface. Finally, the development of an improved 3D gesture sensor was carried out. As in the previous development, the sensor allows contactless gesture detection, but increasing the detection range. In addition to printed electronic technology, two other textile manufacturing technologies were evaluated. / [ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo fundamental el desarrollo de nuevos sensores y actuadores empleando la tecnología electrónica impresa, también conocida como Printed Electronics. Para ello, se emplean materiales poliméricos conductores, semiconductores y dieléctricos sobre sustratos flexibles y/o elásticos. Por medio de diseños y procesos de aplicación adecuados, es posible fabricar sensores capaces de interactuar con el entorno. De este modo, se pueden incorporar a los sustratos, como puedan ser tejidos textiles, funcionalidades específicas de medición del entorno y de respuesta ante cambios de este. Adicionalmente, es necesario incluir sistemas electrónicos, capaces de realizar el procesado de los datos obtenidos, así como de su registro. En el desarrollo de estos sensores y actuadores se combinan las propiedades físicas de los diferentes materiales de forma precisa. Para ello, se diseñan estructuras multicapa donde las propiedades de unos materiales interaccionan con las de los demás. El resultado es un sensor capaz de captar variaciones físicas del entorno, y convertirlas en señales que pueden ser procesadas y transformadas finalmente en datos. Por una parte, se ha desarrollado un sensor táctil impreso sobre sustrato textil para reconocimiento de gestos en 2D. Este sensor se compone de una matriz formada por pequeños sensores capacitivos basados en estructura de tipo condensador. Estos se han diseñado de forma que, si un dedo u otro objeto con propiedades capacitivas se aproxima suficientemente, su comportamiento varía, pudiendo ser medido. Los pequeños sensores están ordenados en dicha matriz como en una cuadrícula. Cada sensor tiene una posición que viene determinada por una fila y por una columna. Periódicamente se mide la capacidad de cada pequeño sensor con el fin de evaluar si ha sufrido variaciones significativas. Para ello es necesario convertir la capacidad del sensor en un valor que posteriormente es procesado digitalmente. Por otro lado, con el fin de mejorar la efectividad en el uso de los sensores táctiles 2D desarrollados, se ha estudiado el modo de incorporar un sistema actuador. De esta forma, el usuario recibe una retroalimentación indicando que la orden o acción ha sido reconocida. Para ello, se ha complementado la matriz de sensores capacitivos con una pantalla electroluminiscente también impresa. El resultado final ofrece una solución que combina un sensor táctil 2D con un actuador electroluminiscente realizado mediante impresión electrónica sobre sustrato textil. Posteriormente, se ha llevado a cabo el desarrollo de un sensor de gestos 3D empleando una combinación de sensores impresos también sobre sustrato textil. En este tipo de sensor 3D, se envía una señal que genera un campo eléctrico sobre los sensores impresos. Esto se lleva a cabo mediante un electrodo de transmisión situado muy cerca de ellos. El campo generado es recibido por los sensores y convertido a señales eléctricas. Para ello, los sensores se basan en electrodos que actúan de receptores. Si una persona coloca su mano dentro del área de emisión, se crea una perturbación de las líneas de los campos eléctricos. Esto es debido a la desviación de las líneas de campo a tierra utilizando la conductividad intrínseca del cuerpo humano. Esta perturbación cambia/afecta a las señales recibidas por los electrodos. Las variaciones captadas por todos los electrodos son procesadas de forma conjunta pudiendo determinar la posición y el movimiento de la mano sobre la superficie del sensor. Finalmente, se ha llevado a cabo el desarrollo de un sensor de gestos 3D mejorado. Al igual que el desarrollo anterior, permite la detección de gestos sin necesidad de contacto, pero incrementando la distancia de alcance. Además de la tecnología de impresión electrónica, se ha evaluado el empleo de otras dos tecnologías de fabricación textil. / [CA] La present tesi doctoral té com a objectiu fonamental el desenvolupament de nous sensors i actuadors fent servir la tecnologia de electrònica impresa, també coneguda com Printed Electronics. Es va fer us de materials polimèrics conductors, semiconductors i dielèctrics sobre substrats flexibles i/o elàstics. Per mitjà de dissenys i processos d'aplicació adequats, és possible fabricar sensors capaços d'interactuar amb l'entorn. D'aquesta manera, es poden incorporar als substrats, com ara teixits tèxtils, funcionalitats específiques de mesurament de l'entorn i de resposta davant canvis d'aquest. Addicionalment, és necessari incloure sistemes electrònics, capaços de realitzar el processament de les dades obtingudes, així com del seu registre. En el desenvolupament d'aquests sensors i actuadors es combinen les propietats físiques dels diferents materials de forma precisa. Cal dissenyar estructures multicapa on les propietats d'uns materials interaccionen amb les de la resta. manera El resultat es un sensor capaç de captar variacions físiques de l'entorn, i convertirles en senyals que poden ser processades i convertides en dades. D'una banda, s'ha desenvolupat un sensor tàctil imprès sobre substrat tèxtil per a reconeixement de gestos en 2D. Aquest sensor es compon d'una matriu formada amb petits sensors capacitius basats en una estructura de tipus condensador. Aquests s'han dissenyat de manera que, si un dit o un altre objecte amb propietats capacitives s'aproxima prou, el seu comportament varia, podent ser mesurat. Els petits sensors estan ordenats en aquesta matriu com en una quadrícula. Cada sensor té una posició que ve determinada per una fila i per una columna. Periòdicament es mesura la capacitat de cada petit sensor per tal d'avaluar si ha sofert variacions significatives. Per a això cal convertir la capacitat del sensor a un valor que posteriorment és processat digitalment. D'altra banda, per tal de millorar l'efectivitat en l'ús dels sensors tàctils 2D desenvolupats, s'ha estudiat la manera d'incorporar un sistema actuador. D'aquesta forma, l'usuari rep una retroalimentació indicant que l'ordre o acció ha estat reconeguda. Per a això, s'ha complementat la matriu de sensors capacitius amb una pantalla electroluminescent també impresa. El resultat final ofereix una solució que combina un sensor tàctil 2D amb un actuador electroluminescent realitzat mitjançant impressió electrònica sobre substrat tèxtil. Posteriorment, s'ha dut a terme el desenvolupament d'un sensor de gestos 3D emprant una combinació d'un mínim de sensors impresos també sobre substrat tèxtil. En aquest tipus de sensor 3D, s'envia un senyal que genera un camp elèctric sobre els sensors impresos. Això es porta a terme mitjançant un elèctrode de transmissió situat molt a proper a ells. El camp generat és rebut pels sensors i convertit a senyals elèctrics. Per això, els sensors es basen en elèctrodes que actuen de receptors. Si una persona col·loca la seva mà dins de l'àrea d'emissió, es crea una pertorbació de les línies dels camps elèctrics. Això és a causa de la desviació de les línies de camp a terra utilitzant la conductivitat intrínseca de el cos humà. Aquesta pertorbació afecta als senyals rebudes pels elèctrodes. Les variacions captades per tots els elèctrodes són processades de manera conjunta per determinar la posició i el moviment de la mà sobre la superfície del sensor. Finalment, s'ha dut a terme el desenvolupament d'un sensor de gestos 3D millorat. A l'igual que el desenvolupament anterior, permet la detecció de gestos sense necessitat de contacte, però incrementant la distància d'abast. A més a més de la tecnologia d'impressió electrònica, s'ha avaluat emprar altres dues tecnologies de fabricació tèxtil. / Ferri Pascual, J. (2020). Tactile and Touchless Sensors Printed on Flexible Textile Substrates for Gesture Recognition [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153075 / TESIS

[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 / [CAT] 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 no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68485 / TESIS

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 no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/88401 / TESIS

[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. / [CAT] 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 no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118658 / TESIS

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 / TESIS / 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 / TESIS

[EN] In the present doctoral thesis electronic systems of measurement have been developed. As element sensor, they include multiple electrodes of nature electrochemical. Each of the electrodes possesses a not specific sensibility to some of the parameters or chemical compounds of the sample to analyzing. The set of electrodes contribute a series of signs that are analyzed of joint form, this way conclusions of interest are obtained, normally the discrimination of complex samples or the quantification of some of their components. This type of measurement systems is denominated electronic tongues. The systems of measurement developed use sensors of type potentiometric and are constructed by pastes of thick film technology, and also by simple metallic electrodes in pure state. With this method, devices with characteristics of construction simplicity, mechanical robustness, easy handling and low cost are obtained. With the data obtained pattern recognition techniques are applied, such as, Principal Components Analysis (PCA), artificial neuronal networks, predictive techniques (PLS), etc. Several types of applications are developed, first with samples of strong ionic character as they are the natural waters. This way, an analysis of several types of packaged and urban provision waters is made, reaching a good discrimination of the samples by means of analysis PCA. By means of techniques PLS (Partial Least Square) the concentration of present ions in those waters is predicted. The experiences with acuosus dissolutions continue with artificial dissolutions to obtain the discrimination according to the type of anion or cation, concluding that is easier the discrimination of dissolutions with different anion that with different cation, as much in pure as in complex dissolutions. The experiences continue with liquid samples but of more complex nature as it is the wine. This type of samples facilitates to be analyzed by systems of electronic tongue because they are formed by a great amount of components, some in elevated proportion as it is the water and the alcohol, but others in small proportion and that are those that provide the organoleptic characteristics of the wine. The experiences are made first on artificial samples with some chemical characteristics similar to the wine and later with real wines of different type and tonality. A good discrimination of the different samples are obtained. But the most remarkable newness of the analyses with wine is the development of a system of detection of volatile by means of potentiometric sensors, from this form, a system of humid electronic nose is obtained. / [ES] En la presente tesis doctoral se desarrollan sistemas electrónicos de medida que tienen como elemento sensor múltiples electrodos de naturaleza electroquímica. Cada uno de los electrodos posee una sensibilidad no específica ante algunos de los parámetros o compuestos químicos de las muestras a analizar. El conjunto de electrodos aportan una serie de señales que se analizan de forma conjunta, para así obtener conclusiones de interés, normalmente en la discriminación de muestras complejas o la cuantificación de algunos de sus componentes. A este tipo de sistemas de medida se le denominan lenguas electrónicas. Los sistemas de medida desarrollados utilizan sensores de tipo potenciométrico y están construidos con pastas de la tecnología de capa gruesa (Thick-Film), y también por electrodos metálicos simples en estado puro. Con este método se consiguen dispositivos con características de sencillez de construcción, robustez mecánica, fácil manejo y bajo costo. Con las señales obtenidas se aplican técnicas de reconocimiento de patrones, como son el Análisis de Componentes Principales (PCA), redes neuronales artificiales, técnicas predictivas como PLS, etc. Se desarrollan varios tipos de aplicaciones, la primera con muestras de fuerte carácter iónico como son las aguas naturales. De esta forma, se realiza un análisis de varios tipos de aguas envasadas y de suministro urbano, alcanzando una buena discriminación de las muestras por medio de análisis PCA. Por medio de técnicas PLS (Partial Least Square) se predice la concentración de los iones presentes en esas aguas. Las experiencias con disoluciones acuosas continúan con disoluciones artificiales para lograr la discriminación de dichas disoluciones según el tipo de anión o de catión, concluyendo que es más fácil la discriminación de las disoluciones con distintos anión que con distinto catión, tanto en disoluciones puras como en compuestas. Las experiencias siguen con muestras líquidas pero de naturaleza más compleja como es el vino. Este tipo de muestras facilita ser analizadas por sistemas de lenguas electrónicas porque están formados por una gran cantidad de componentes, algunos en proporción elevada como es el agua y el alcohol, pero otros en pequeña proporción que son los que proporcionan las características organolépticas del vino. Las experiencias se realizan primero sobre muestras artificiales con algunas características químicas similares al vino y posteriormente con vinos reales de distinto tipo y tonalidad, consiguen una buena discriminación de las diferentes muestras. Pero la novedad más destacable de los análisis con vino es el desarrollo de un sistema de detección de volátiles por medio de sensores potenciométricos, de esta forma se obtiene un sistema de nariz electrónica húmeda. En el tercer tipo de experiencias se utilizan muestras de alimentos sólidos pero con gran proporción de agua, como son la carne y el pescado. En el caso del pescado, se realiza múltiples experiencias con varios tipos de electrodos metálicos y se comprueba que los que ofrecen un mejor resultado son los electrodos de oro y de plata, en ambos casos con un comportamiento bastante repetitivo. Aprovechando estos fenómenos se realizan una serie de análisis con redes neuronales para al final obtener un sistema que ofrece un análisis cualitativo que permite determinar la conservación del pescado en tres posibles estados: Apto, Dudoso y no Apto. Este análisis se acompaña con experiencias de bioquímicas y microbianas para así correlacionar con las medidas potenciométricas. El último tipo de experiencias es el análisis de lomo de cerdo. Por un lado, también se realizan experiencias para determinar si un sistema multielectrodo formado por múltiples metales es capaz de detectar el deterioro de la carne con el paso del tiempo. Un segundo tipo de análisis consiste en lograr una discriminación de diversas piezas d e lomo curado de cerdo. Estas piezas se diferencian entre si por la distinta composición de sales, tanto de NaCl que es el más habitual en el consumo, como KCl, y CaCl2. Por lo tanto, el desarrollo de los sistemas de lengua y nariz electrónica que se presente en esta memoria puede mejorar el control de calidad de las muestras analizadas, con buenas perspectivas de aplicación en múltiples campos económicos, sobretodo en la industria alimentaria. / [CA] En la present tesi doctoral es desenvolupen sistemes electrònics de mesura que tenen com element sensor múltiples elèctrodes de naturalesa electroquímica. Cadascun dels elèctrodes posseïx una sensibilitat no específica davant alguns dels paràmetres o compostos químics de la mostra a analitzar. El conjunt d'elèctrodes aporten una sèrie de senyals que s'analitzen de forma conjunta, per a així obtenir conclusions d'interès, normalment en la discriminació de mostres complexes o la quantificació d'alguns dels seus components. A aquest tipus de sistemes de mesura se li denominen llengües electròniques. Els sistemes de mesura desenvolupats utilitzen sensors de tipus potenciomètric i estan construïts amb pastes de la tecnologia de capa gruixuda (Thick-Fim), i també per elèctrodes metàl·lics simples en estat pur. Amb aquest mètode s'assoleixen dispositius amb característiques de senzillesa de construcció, robustesa mecànica, fàcil maneig i reduït cost. Amb els senyals obtinguts s'apliquen tècniques de reconeixement de patrons, com són l'Anàlisi de Components Principals (PCA), xarxes neuronals artificials, tècniques predictives com PLS, etc. Es desenvolupen diversos tipus d'aplicacions, la primera amb mostres de fort caràcter iònic com són les aigües naturals. D'aquesta forma, es realitza una anàlisi de diversos tipus d'aigües envasades i de subministrament urbà, arribant a una bona discriminació de les mostres per mitjà d'anàlisi PCA. Amb tècniques PLS (Partial Least Square) es prediu la concentració dels ions presents en aquestes aigües. Les experiències amb dissolucions aquoses continuan amb dissolucions artificials per a assolir la discriminació d'aquestes dissolucions segons el tipus d'anió o de catió, concloent que és més fàcil la discriminació de les dissolucions amb diferents anió que amb diferent catió, tant en dissolucions pures com en compostes. Les experiències segueixen amb mostres líquides però de naturalesa més complexa com és el vi. Aquest tipus de mostres es presta a ser analitzades per sistemes de llengües electròniques perquè estan formats per una gran quantitat de components, alguns en proporció elevada com és l'aigua i l'alcohol, però altres en petita proporció que són els quals proporcionen les característiques organolépticas del vi. Les experiències es realitzen primer sobre mostres artificials amb algunes característiques químiques similars al vi i posteriorment amb vins reals de diferent tipus i tonalitat, aconsegueixen una bona discriminació de les diferents postres. Però la novetat més destacable de les anàlisis amb vi és el desenvolupament d'un sistema de detecció de volàtils per mitjà de sensors potenciomètrics, d'aquesta forma s'obté un sistema de nas electrònic humida. En el tercer tipus d'experiències s'utilitzen mostres d'aliments sòlids però amb gran proporció d'aigua, com són la carn i el peix. En el cas del peix es realitza múltiples experiències amb diversos tipus d'elèctrodes metàl·lics i es comprova que els quals oferixen un millor resultats són els elèctrodes d'or i de plata. En ambdós casos tenien un comportament bastant repetitiu. Aprofitant aquests fenòmens es realitzen una sèrie d'anàlisi amb xarxes neuronals per al final obtenir un sistema que oferix una anàlisi qualitativa que permet determinar la conservació del peix en tres possibles estats: Apte, Dubtós i no Apte. Aquesta anàlisi s'acompanya amb experiències de bioquímicques i microbianes per a així correlacionar amb les mesures potenciomètrics. L'últim tipus d'experiències és l'anàlisi de llom de porc. D'una banda, també es realitzen experiències per a determinar si un sistema multielèctrode format per múltiples metalls és capaç de detectar la deterioració de la carn amb el pas del temps. Un segon tipus d'anàlisi consisteix a assolir una discriminació de diverses peces de llom guarit de porc. Aquestes peces es diferencien entre si per la diferent composició de sals, tant de NaCl que és el més habitual en el consum, com KCl, i CaCl2. Per tant, el desenvolupament dels sistemes de llengua i nas electrònic que es presenti en aquesta memòria pot millorar el control de qualitat de les mostres analitzades, amb bones perspectives d'aplicació en múltiples camps econòmics, fonamentalment a la indústria alimentària. / Gil Sánchez, L. (2007). Diseño de lenguas electrónicas potenciométricas construidas con electrodos metálicos y con tecnología de capa gruesa para análisis de medios complejos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135954 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

[ES] Los sistemas de salud actuales están viendo cómo la cantidad de pacientes a atender y de servicios diferentes que han de prestar, es cada vez mayor, por lo que se cuestiona si serán sostenibles a largo plazo. Uno de los factores importantes de este aumento es el envejecimiento de la población, lo que implica un mayor número de pacientes crónicos y de personas dependientes. Al mismo tiempo, se genera la necesidad de abordar soluciones de prevención sobre la población general. Para hacer frente a estos problemas, se está recurriendo a la aplicación de las TIC en el ámbito de la salud, son los llamados sistemas de eSalud. En el desarrollo de sistemas de eSalud es necesario tener en cuenta que deben trabajar en entornos altamente heterogéneos y cambiantes. Además, han de ser capaces de adaptarse a las nuevas necesidades demandadas por la población, todo ello sin reducir la calidad de los servicios ya prestados y sin disparar los costes del sistema. Al desarrollar un sistema software, el modelo de arquitectura elegido marca qué características se van a potenciar. El paradigma de Arquitectura Orientada a Servicios (SOA) presenta entre sus principales beneficios una alta flexibilidad, reducción de costes y desarrollo rápido, así como permite la escalabilidad de sistemas. Por lo que puede ser un buen candidato a la hora de crear sistemas de eSalud. Existen diferentes formas de construir una arquitectura SOA, atendiendo a cómo se componen sus servicios y a cómo se aplican las directrices SOA. En esta tesis se propone el uso del paradigma de coreografía de procesos, siendo éste un modelo en el que se busca construir la arquitectura del sistema desde el punto de vista de los procesos de negocio de la organización. Este paradigma trabaja desde el concepto de un proceso único definido de forma distribuida, empleando coreografía de servicios para la composición. Es decir, no existe un elemento que centralice la toma de decisiones, donde cada servicio es consciente de qué debe realizar y cómo interactuar con el resto. En la coreografía de procesos se prioriza la eficiencia del sistema, aumentando el acoplamiento entre servicios, lo que puede reducir la flexibilidad del sistema SOA. Pero genera un sistema con mayor rendimiento y con una mejor alineación con los procesos de negocio. Además, la coreografía es más robusta que otros mecanismos de composición y ayuda con la integración de sistemas entre empresas. El objetivo de esta tesis es validar si el paradigma de coreografía de procesos es aplicable al desarrollo de sistemas de eSalud. Para ello se ha realizado la aplicación de este paradigma en tres escenarios de eSalud diferentes. En el primero de los escenarios, se creó un sistema para integrar y evaluar un dispositivo tecnológico puntero, las Google Glass. Esto demostró que se puede crear un sistema de eSalud basado en coreografía de procesos que integre dispositivos tecnológicos complejos. En el segundo de los escenarios, se validó el paradigma en un entorno real, creando un sistema distribuido de ejecución de modelos híbridos para la predicción y detección de diabetes tipo 2. El sistema permitió construir servicios para la ejecución de los modelos híbridos, integrando motores estadísticos externos y sistemas de terceros de acceso a datos clínicos. De esta forma se validó que la coreografía de procesos ayuda a la integración con sistemas externos, permitiendo un desarrollo rápido y la creación de sistemas distribuidos. En el tercero de los escenarios, se aplica el paradigma orientado al modelo de IoT integrando sensores portables para crear un sistema de eSalud. El sistema desarrollado integra un kit de sensores de eSalud para el seguimiento y monitorización remota de pacientes, comparando su rendimiento en un ordenador y en una Raspberry Pi. El resultado refrenda la hipótesis de que la coreografía de procesos permite aplicarse para crear fácilmente sistemas de eSalud orientados a IoT e integrar sensores portables de este ámbito. / [CA] Els sistemes de salut actuals estan veient com la quantitat de pacients a atendre i de servicis diferents que han de prestar, és cada vegada major, per la qual cosa es qüestiona si seran sostenibles a llarg termini. Un dels factors importants d'aquest augment és l'envelliment de la població, la qual cosa implica un major nombre de pacients crònics i de persones dependents. Al mateix temps, es genera la necessitat d'abordar solucions de prevenció sobre la població general. Per a fer front a aquests problemes, s'està recorrent a l'aplicació de les TIC en l'àmbit de la salut, són els cridats sistemes d'eSalut. En el desenvolupament de sistemes d'eSalut és necessari tindre en compte que han de treballar en entorns altament heterogenis i canviants. A més, han de ser capaços d'adaptar-se a les noves necessitats demandades per la població, tot això sense reduir la qualitat dels servicis ja prestats i sense disparar els costos del sistema. En desenvolupar un sistema programari, el model d'arquitectura triat marca quines característiques es potenciaran. El paradigma d'Arquitectura Orientada a Servicis (SOA) presenta entre els seus principals beneficis una alta flexibilitat, reducció de costos i desenrotllament ràpid, així com permet l'escalabilitat de sistemes. Pel que pot ser un bon candidat a l'hora de crear sistemes d'eSalut. Hi ha diferents formes de construir una arquitectura SOA, atenent a com es componen els seus servicis i a com s'apliquen les directrius SOA. En esta tesi es proposa l'ús del paradigma de coreografia de processos, sent aquest un model en el qual es busca construir l'arquitectura del sistema des del punt de vista dels processos de negoci de l'organització. Este paradigma treballa des del concepte d'un procés únic definit de forma distribuïda, emprant coreografia de servicis per a la composició. És a dir, no hi ha un element que centralitze la presa de decisions, on cada servici és conscient de què ha de realitzar i com interactuar amb la resta. En la coreografia de processos es prioritza l'eficiència del sistema, augmentant l'adaptament entre servicis, la qual cosa pot reduir la flexibilitat del sistema SOA. Però genera un sistema amb major rendiment i amb una millor alineació amb els processos de negoci. A més, la coreografia és més robusta que altres mecanismes de composició i ajuda amb la integració de sistemes entre empreses. L'objectiu d'aquesta tesi és validar si el paradigma de coreografia de processos és aplicable al desenrotllament de sistemes d'eSalut. Per a això s'ha realitzat l'aplicació d'aquest paradigma en tres escenaris d'eSalut diferents. En el primer dels escenaris, es va crear un sistema per a integrar i avaluar un dispositiu tecnològic punter, les Google Glass. Açò va demostrar que es pot crear un sistema d'eSalut basat en coreografia de processos que integre dispositius tecnològics complexos. En el segon dels escenaris, es va validar el paradigma en un entorn real, creant un sistema distribuït d'execució de models híbrids per a la predicció i detecció de diabetis tipus 2. El sistema va permetre construir servicis per a l'execució dels models híbrids, integrant motors estadístics externs i sistemes de tercers d'accés a dades clíniques. D'aquesta manera es va validar que la coreografia de processos ajuda amb la integració amb sistemes externs, permetent un desenrotllament ràpid i la creació de sistemes distribuïts. En el tercer dels escenaris, s'aplica el paradigma orientat al model d'IoT integrant sensors portables per a crear un sistema d'eSalut. El sistema desenrotllat integra un kit de sensors d'eSalut per al seguiment i monitorització remota de pacients, comparant el seu rendiment en un ordinador i en una Raspberry Pi. El resultat referenda la hipòtesi que la coreografia de processos permet aplicar-se per a crear fàcilment sistemes d'eSalut orientats a IoT i integrar sensors portables d'este àmbit. / [EN] Today's health systems are seeing an increasing number of patients to be cared for, as well as different services to be provided, raising questions as to whether they will be sustainable in the long term. One of the critical factors in this increase is the ageing of the population, which implies a more significant number of chronic patients and dependents. At the same time, there is a need to address prevention solutions in the general population. To address these problems, the application of ICTs in the health field, the so-called eHealth systems, is being used. In the development of eHealth systems, it is necessary to consider that they have to work in highly heterogeneous and changing environments. Moreover, they must be able to adapt to the new needs demanded by the population, without reducing the quality of the services already provided and without increasing the costs of the system. When developing a software system, the architecture model chosen determines which characteristics are to be enhanced. The Service Oriented Architecture (SOA) paradigm has among its main benefits high flexibility, cost reduction and rapid development, as well as allowing the scalability of systems. Therefore, it can be a good candidate when creating eHealth systems. There are different ways to build an SOA architecture, depending on how its services are composed and how SOA guidelines are applied. This thesis proposes the use of the process choreography paradigm, which is a model that seeks to build the architecture of the system from the point of view of the organisation's business processes. This paradigm works from the concept of a single process defined in a distributed way, using service choreography for the composition. In other words, there is no centralised decision-making element, where each service is aware of what it must do and how to interact with the rest. Process choreography prioritises system efficiency by increasing coupling between services, which can reduce the flexibility of the SOA system. But it generates a system with higher performance and better alignment with business processes. In addition, choreography is more robust than other composition mechanisms and helps with cross-company system integration. The aim of this thesis is to validate whether the process choreography paradigm is applicable to the development of eHealth systems. To this end, the application of this paradigm has been carried out in three different eHealth scenarios. In the first scenario, a system was created to integrate and evaluate a cutting-edge technological device, Google Glass. This demonstrated that it is possible to create an eHealth system based on process choreography that integrates complex technological devices. In the second scenario, the paradigm was validated in a real environment, creating a distributed hybrid model execution system for the prediction and detection of type 2 diabetes. The system allowed building services for hybrid model execution, integrating external statistical engines and third-party services to access clinical data. This scenario validated that the process choreography aids integration with external systems, enabling rapid development and the creation of distributed systems. In the third scenario, the paradigm is applied to the IoT model by integrating wearable sensors to create an eHealth system. The developed system integrates an eHealth sensor kit for remote patient tracking and monitoring, comparing its performance on a computer and a Raspberry Pi. The result supports the hypothesis that process choreography can be applied to easily create IoT-oriented eHealth systems and integrate IoT wearable sensors. / Bayo Montón, JL. (2023). Propuesta de uso del paradigma de coreografía de procesos para crear sistemas de eSalud en entornos heterogéneos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192822

[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

[ES] Las enfermedades cardiovasculares son una de las principales causas de mortalidad y morbilidad en el mundo. Entre las arritmias más comunes en adultos destaca la Fibrilación Auricular (FA), presentando una tendencia de crecimiento muy significativa, sobre todo en población de edad avanzada o con trastornos de obesidad. En el otro extremo, nos encontramos con la Miocardiopatía Arritmogénica (MCA), considerada una enfermedad rara con una prevalencia de 1:2000-5000 pero con gran afectación entre familiares directos, causante de muerte súbita cardiaca (MSC), y con un diagnóstico clínico complicado. Más allá de la FA o la MCA, existe una amplia variedad de patologías derivadas de una disfunción en la activación y conducción eléctrica del corazón. Para todas ellas, el electrocardiograma (ECG) continúa figurando como la primera y principal técnica de diagnóstico clínico, siendo una herramienta fundamental de cribado y detección de patologías relativamente económica y ampliamente accesible. Sin embargo, el diagnóstico preciso a partir de la interpretación del ECG requiere de médicos experimentados, siendo ésta una tarea que consume recursos, tiempo y que además está sujeta a la variabilidad entre observadores. Respecto a las afecciones cardiacas más comunes, conseguir un diagnóstico de forma automática que sea fiable, utilizando tanto 12 como un número reducido o único de derivaciones, sigue presentándose como un desafío. Este aspecto cobra especial relevancia con el uso cada vez más extendido de dispositivos portátiles o wearables, los cuales están ganando un gran interés para la detección temprana y preventiva de enfermedades cardiacas, registrando normalmente un número reducido de derivaciones ECG. Dicho uso masivo les confiere un gran potencial para facilitar el cribado y seguimiento de distintas afecciones en una amplia variedad de escenarios, a pesar de registrar señales de peor calidad en comparación con equipos certificados para uso clínico. El principal reto con estos dispositivos es encontrar un equilibrio adecuado entre la sensibilidad y la especificidad en la detección de ritmos cardiacos susceptibles de ser patológicos. En consecuencia, es indispensable diseñar e implementar algoritmos precisos adecuados para dispositivos móviles o portátiles capaces de detectar distintas afecciones cardiacas en registros de ECG. Respecto las afecciones cardiacas menos comunes como el caso de la MCA, es necesario incrementar la sensibilidad en la detección durante los cribados intra-familiares realizados tras una MSC. Para ello, sería posible explorar biomarcadores propios a esta enfermedad obtenidos mediante técnicas de procesado de señales ECG, además de modelos de clasificación que hagan uso de ellos, contribuyendo así a reducir el número de casos de muerte súbita. En base a lo descrito anteriormente, la presente tesis estudia las posibilidades de diagnóstico basadas en técnicas de aprendizaje y clasificación automática en dos escenarios principales. El primero aborda la detección de la FA, así como un amplio abanico de otras patologías cardiacas comunes, donde proponemos y validamos distintos modelos de clasificación de bajo consumo computacional. Todo esto, utilizando extensas bases de datos de acceso abierto, y haciendo énfasis en enfoques de derivación única, ya que son los más utilizados en dispositivos móviles e inteligentes. El segundo escenario se centra en la detección de MCA mediante las 12 derivaciones estándar del ECG, donde proponemos y validamos nuevos biomarcadores y modelos de clasificación que tratan de incrementar la sensibilidad de los cribados intra-familiares realizados tras una MSC. Para ello, utilizamos una base de datos específica de la Unidad de Cardiopatías Familiares del Hospital Universitario y Politécnico La Fe de València. / [CA] Les malalties cardiovasculars són una de les principals causes de mortalitat i morbiditat en el món. Entre les arrítmies més comunes en adults destaca la Fibril·lació Auricular (FA), presentant una tendència de creixement molt significativa, sobretot en població d'edat avançada o amb trastorns d'obesitat. En l'altre extrem, ens trobem amb la Miocardiopatia Arritmogènica (MCA), considerada una malaltia rara amb una prevalença de 1:2000-5000 però amb gran afectació entre familiars directes, causant de mort sobtada cardíaca (MSC), i amb un diagnòstic clínic complicat. Més enllà de la FA o la MCA, existeix una àmplia varietat de patologies derivades d'una disfunció en l'activació i conducció elèctrica del cor. Per a totes elles, l'electrocardiograma (ECG) continua figurant com la primera i principal tècnica de diagnòstic clínic, sent una eina fonamental de cribratge i detecció de patologies relativament econòmica i àmpliament accessible. No obstant això, el diagnòstic precís a partir de la interpretació del ECG requereix de metges experimentats, sent aquesta una tasca que consumeix recursos, temps i que a més està subjecta a la variabilitat entre observadors. Respecte a les afeccions cardíaques més comunes, aconseguir un diagnòstic de manera automàtica que siga fiable, utilitzant tant 12 com un número reduït o únic de derivacions, continua presentant-se com un desafiament. Aquest aspecte cobra especial rellevància amb l'ús cada vegada més estés de dispositius portàtils o wearables, els quals estan guanyant un gran interés per a la detecció precoç i preventiva de malalties cardíaques, registrant normalment un nombre reduït de derivacions ECG. Aquest ús massiu els confereix un gran potencial per a facilitar el cribratge i seguiment de diferents afeccions en una àmplia varietat d'escenaris, malgrat registrar senyals de pitjor qualitat en comparació amb equips certificats per a ús clínic. El principal repte amb aquests dispositius és trobar un equilibri adequat entre la sensibilitat i l'especificitat en la detecció de ritmes cardíacs susceptibles de ser patològics. En conseqüència, és indispensable dissenyar i implementar algorismes precisos adequats per a dispositius mòbils o portàtils capaços de detectar diferents afeccions cardíaques en registres de ECG. Respecte les afeccions cardíaques menys comunes com el cas de la MCA, és necessari incrementar la sensibilitat en la detecció durant els cribratges intra-familiars realitzats després d'una MSC. Per a això, seria possible explorar biomarcadors propis a aquesta malaltia obtinguts mitjançant tècniques de processament de senyals ECG, a més de models de classificació que facen ús d'ells, contribuint així a reduir el nombre de casos de mort sobtada. Sobre la base del descrit anteriorment, la present tesi estudia les possibilitats de diagnòstic basades en tècniques d'aprenentatge i classificació automàtica en dos escenaris principals. El primer aborda la detecció de la FA, així com un ampli ventall d'altres patologies cardíaques comunes, on proposem i validem diferents models de classificació de baix consum computacional. Tot això, utilitzant extenses bases de dades d'accés obert, i fent èmfasi en enfocaments de derivació única, ja que són els més utilitzats en dispositius mòbils i intel·ligents. El segon escenari se centra en la detecció de MCA mitjançant les 12 derivacions estàndard de l'ECG, on proposem i validem nous biomarcadors i models de classificació que tracten d'incrementar la sensibilitat dels cribratges intra-familiars realitzats després d'una MSC. Per a això, utilitzem una base de dades específica de la Unitat de Cardiopaties Familiars de l'Hospital Universitari i Politècnic La Fe de València. / [EN] Cardiovascular diseases are one of the leading causes of mortality and morbidity worldwide. Atrial Fibrillation (AF) stands out among adults' most common arrhythmias, presenting a very significant growth trend, especially in the elderly population or those with obesity disorders. At the other extreme, we find Arrhythmogenic Cardiomyopathy (ACM), a rare disease with a prevalence of 1:2000-5000 but great affectation among direct relatives, causing sudden cardiac death (SCD), and with a complicated clinical diagnosis. Beyond AF or ACM, there is a wide variety of pathologies derived from dysfunctions in the activation or electrical conduction of the heart. For all of them, the electrocardiogram (ECG) continues to appear as the first and foremost clinical diagnostic technique, being a fundamental tool for screening and detecting pathologies that is relatively cheap and widely accessible. However, accurate diagnosis based on ECG interpretation requires experienced physicians, as this task consumes resources, time and is subject to variability between observers. For the most common cardiac conditions, achieving a reliable diagnosis automatically, using either 12 or a smaller or single number of leads, remains a challenge. This aspect is especially relevant with the increasingly widespread use of portable or wearable devices, which are gaining significant interest for the early and preventive detection of heart disease, typically recording a reduced number of ECG leads. Such massive use gives them great potential to facilitate screening and monitoring different conditions in different scenarios, despite registering signals of lower quality compared to equipment certified for clinical use. The main challenge with these devices is finding the right balance between sensitivity and specificity in detecting pathologic heart rhythms. Consequently, designing and implementing accurate algorithms suitable for mobile or portable devices capable of detecting different cardiac conditions in ECG recordings is essential. Concerning less common cardiac conditions such as the case of ACM, it is necessary to increase the sensitivity in detection during intra-family screenings carried out after an SCD. Hence, it would be possible to explore specific biomarkers to this disease obtained through ECG signal processing techniques, as well as classification models that use them, thus contributing to reduce the number of cases of sudden death. Based on the previously described, this thesis studies the diagnostic possibilities based on machine learning and classification techniques in two main scenarios. The first deals with detecting AF and a wide range of other common cardiac pathologies, where we propose and validate different classification models with low computational consumption. All this, using extensive open access databases, and emphasizing single-lead approaches, since they are the most used in mobile and smart devices. The second scenario focuses on detecting ACM using the standard 12-lead ECG, where we propose and validate new biomarkers and classification models that try to increase the sensitivity of intra-family screenings carried out after an MSC. For this task, we used a specific database of the Familial Cardiopathies Unit of the Hospital Universitario y Politécnico La Fe de València. / Jiménez Serrano, S. (2023). Desarrollo de nuevos marcadores y clasificadores de bajo coste computacional para identificar afecciones cardiacas en registros ECG [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196826