Neste trabalho utilizamos o método k.p na aproximação de função envelope, que é uma ferramenta muito útil para a solução de problemas relacionados a heteroestruturas em geral. Apresentamos a análise de heteroestruturas semicondutoras com confinamento espacial nas três direções de crescimentos {Quantum Dots}, utilizando o Hamiltoniano de Kane (8x8) em sua forma generalizada para descrever os estados do elétrons na banda de condução e na banda valência. Fazendo uso dessa ferramenta foram realizadas simulações de estruturas de banda em sistemas quase zero-dimensionais de InAs em matrizes de GaAs, em vários formatos e dimensões e sob diferentes estados de tensionamento. Um estudo sistemático de como as propriedades geométricas e as dimensões de um dado sistema podem influenciar os estados eletrônicos do mesmo foi também realizado, onde puderam ser confirmadas a presença de estados localizados e a sensibilidade do comportamento dos estados eletrônicos a estas propriedades. Pudemos observar um deslocamento para o vermelho no espectro de fotoluminescência com o aumento das dimensões do sistemas estudados. Foram ainda realizados cálculos de {Quantum Dots} de InN em matriz de GaN, que permitem explorar outras regiões do espectro eletromagnético e observamos o comportamento dos mesmos sob estados de tensionamentos diferentes. Com base nos autoestados do sistema foram calculados espectros de fotoluminescência para as heteroestruturas aqui estudadas, permitindo uma comparação direta com resultados experimentais. Como pode-se verificar o strain exerce importância primordial na determinação dos estados eletrônicos dos sistemas estudados e na presença do hidrostático pode-se verificar mudanças apreciáveis na resposta óptica do material, onde pode ser observado um deslocamento para o azul quando levado em consideração a presença de um hidrostático. / In this work, we use the k.p method in the approximation of the envelope function, that is a very useful tool, to the solution of heterostructure related problems. We present a semiconductor heterostructure analysis with confinement on the three directions (Quantum Dots), using the Kane Hamiltonian (8x8) on its generalized form to describe electron eigenstates on the conduction and valence bands. Using this tool, we have made band structure simulations in quasi zero-dimensional systems of InAs in GaAs matrices, in diverse shapes and dimensions and on different tension states. A systematic study of how the geometrical properties and dimensions of a given system could influence the electronic states was also done. There can be confirmed the presence of localized states and the sensitivity of the electronic states to these properties.We could observe a deviation to the red on the photoluminescence spectrum with the increase of the system dimensions. There were also made calculations on InN dots in a GaN matrix, which allow to explore other electromagnetic spectral regions and we have studied their behavior under different tension states. From the system eigenvalues, we calculated the photoluminescence spectra from the heterostructures studied here, allowing a direct comparison with experimental results. It can be verified that the strain is is extremely important on the determination of the electronic states of the studied systems in the presence of an hydrostatic strain. We could observe important modifications on the optical responseof the material, where there is a deviation to the blue when it is considered the presence of the hydrostatic strain.

A presença que tem hoje a Medicina Nuclear como modalidade de obtenção de imagens médicas é muito importante e um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como grande vantagem a capacidade de conseguir analisar o comportamento metabólico do paciente, fazendo possíveis diagnósticos precoces. Este projeto está baseado em imagens médicas obtidas através da modalidade PET (Positron Emission Tomography) a qual está tendo uma crescente difusão e aceitação. Para isso, temos desenvolvido uma estrutura integral de processamento de imagens tridimensionais PET, a qual está constituída por etapas consecutivas que se iniciam na obtenção das imagens padrões (gold standard), sendo utilizados volumes simulados ou phantoms do Ventrículo Esquerdo do Coração criadas como parte do projeto, assim como geradas a partir do software NCAT-4D. A seguir, nos volumes simulados, é introduzido ruído quântico tipo Poisson que é o ruído característico das imagens PET e feita uma análise que busca certificar que o ruído utilizado corresponde efetivamente ao ruído Poisson. Em sequência é executada a parte de pré-processamento, utilizando para este fim, um conjunto de filtros tais como o filtro da mediana, o filtro da Gaussiana ponderada e o filtro que mistura os conceitos da Transformada de Anscombe e o filtro pontual de Wiener. Posteriormente é aplicada a etapa de segmentação que é considerada a parte central da sequência de processamento. O processo de segmentação é baseado na teoria de Conectividade Fuzzy e para isso temos implementado quatro diferentes abordagens: Algoritmo Genérico, Algoritmo LIFO, Algoritmo kTetaFOEMS e o Algoritmo utilizando Pesos Dinâmicos. Sendo que os três primeiros algoritmos utilizam pesos específicos selecionados pelo usuário, foi preciso efetuar uma análise para determinar os melhores pesos de segmentação que se reflitam numa segmentação mais eficiente. Finalmente, para terminar a estrutura de processamento, um procedimento de avaliação foi utilizado como métrica para obter quantitativamente três parâmetros (Verdadeiro Positivo, Falso Positivo e Máxima Distância) que permitiram conhecer o nível de eficiência e precisão de nosso processo e do projeto em geral. Constatamos que os algoritmos implementados (filtros e algoritmos de segmentação) são bastante robustos e atingem ótimos resultados chegando-se a obter, para o caso do volume do Ventrículo Esquerdo simulado, taxas de VP e FP na ordem de 98.49 ± 0.27% e 2,19 ± 0.19%, respectivamente. Com o conjunto de procedimentos e escolhas feitas ao longo da estrutura de processamento, encerramos o projeto com a análise de um grupo de volumes produto de um exame PET real, obtendo a quantificação destes volumes. / The usefulness of Nuclear medicine nowadays as a modality to obtain medical images is very important, and it has turned into one of the main procedures utilized in Health Care Centers. Its great advantage is to analyze the metabolic behavior of the patient, by allowing early diagnosis. This project is based on medical images obtained by the PET modality (Positron Emission Tomography), which has won wide acceptance. Thus, we have developed an integral framework for processing Nuclear Medicine three-dimensional images of the PET modality, which is composed of consecutive steps that start with the generation of standard images (gold standard) by using simulated images or phantoms of the Left Ventricular Heart that were generated in this project, such as the ones obtained from the NCAT-4D software. Then Poisson quantum noise is introduced into the whole volume to simulate the characteristic noises in PET images and an analysis is performed in order to certify that the utilized noise is the Poisson noise effectively. Subsequently, the pre-processing is executed by using specific filters, such as the median filter, the weighted Gaussian filter, and the filter that joins the concepts of Anscombe Transformation and the Wiener filter. Then the segmentation, which is considered the most important and central part of the whole process, is implemented. The segmentation process is based on the Fuzzy Connectedness theory and for that purpose four different approaches were implemented: Generic algorithm, LIFO algorithm, kTetaFOEMS algorithm, and Dynamic Weight algorithm. Since the first three algorithms used specific weights that were selected by the user, an extra analysis was performed to determine the best segmentation constants that would reflect an accurate segmentation. Finally, at the end of the processing structure, an assessment procedure was used as a measurement tool to quantify some parameters that determined the level of efficiency and precision of our process and project. We have verified that the implemented algorithms (filters and segmentation algorithms) are fairly robust and achieve optimal results, assist to obtain, in the case of the Left Ventricular simulated, TP and FP rates in the order of 98.49 ± 0.27% and 2.19 ± 0.19%, respectively. With the set of procedures and choices made along of the processing structure, the project was concluded with the analysis of a volumes group from a real PET exam, obtaining the quantification of the volumes.

A presença que tem hoje a Medicina Nuclear como modalidade de obtenção de imagens médicas é muito importante e um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como grande vantagem a capacidade de conseguir analisar o comportamento metabólico do paciente, fazendo possíveis diagnósticos precoces. Este projeto está baseado em imagens médicas obtidas através da modalidade PET (Positron Emission Tomography) a qual está tendo uma crescente difusão e aceitação. Para isso, temos desenvolvido uma estrutura integral de processamento de imagens tridimensionais PET, a qual está constituída por etapas consecutivas que se iniciam na obtenção das imagens padrões (gold standard), sendo utilizados volumes simulados ou phantoms do Ventrículo Esquerdo do Coração criadas como parte do projeto, assim como geradas a partir do software NCAT-4D. A seguir, nos volumes simulados, é introduzido ruído quântico tipo Poisson que é o ruído característico das imagens PET e feita uma análise que busca certificar que o ruído utilizado corresponde efetivamente ao ruído Poisson. Em sequência é executada a parte de pré-processamento, utilizando para este fim, um conjunto de filtros tais como o filtro da mediana, o filtro da Gaussiana ponderada e o filtro que mistura os conceitos da Transformada de Anscombe e o filtro pontual de Wiener. Posteriormente é aplicada a etapa de segmentação que é considerada a parte central da sequência de processamento. O processo de segmentação é baseado na teoria de Conectividade Fuzzy e para isso temos implementado quatro diferentes abordagens: Algoritmo Genérico, Algoritmo LIFO, Algoritmo kTetaFOEMS e o Algoritmo utilizando Pesos Dinâmicos. Sendo que os três primeiros algoritmos utilizam pesos específicos selecionados pelo usuário, foi preciso efetuar uma análise para determinar os melhores pesos de segmentação que se reflitam numa segmentação mais eficiente. Finalmente, para terminar a estrutura de processamento, um procedimento de avaliação foi utilizado como métrica para obter quantitativamente três parâmetros (Verdadeiro Positivo, Falso Positivo e Máxima Distância) que permitiram conhecer o nível de eficiência e precisão de nosso processo e do projeto em geral. Constatamos que os algoritmos implementados (filtros e algoritmos de segmentação) são bastante robustos e atingem ótimos resultados chegando-se a obter, para o caso do volume do Ventrículo Esquerdo simulado, taxas de VP e FP na ordem de 98.49 ± 0.27% e 2,19 ± 0.19%, respectivamente. Com o conjunto de procedimentos e escolhas feitas ao longo da estrutura de processamento, encerramos o projeto com a análise de um grupo de volumes produto de um exame PET real, obtendo a quantificação destes volumes. / The usefulness of Nuclear medicine nowadays as a modality to obtain medical images is very important, and it has turned into one of the main procedures utilized in Health Care Centers. Its great advantage is to analyze the metabolic behavior of the patient, by allowing early diagnosis. This project is based on medical images obtained by the PET modality (Positron Emission Tomography), which has won wide acceptance. Thus, we have developed an integral framework for processing Nuclear Medicine three-dimensional images of the PET modality, which is composed of consecutive steps that start with the generation of standard images (gold standard) by using simulated images or phantoms of the Left Ventricular Heart that were generated in this project, such as the ones obtained from the NCAT-4D software. Then Poisson quantum noise is introduced into the whole volume to simulate the characteristic noises in PET images and an analysis is performed in order to certify that the utilized noise is the Poisson noise effectively. Subsequently, the pre-processing is executed by using specific filters, such as the median filter, the weighted Gaussian filter, and the filter that joins the concepts of Anscombe Transformation and the Wiener filter. Then the segmentation, which is considered the most important and central part of the whole process, is implemented. The segmentation process is based on the Fuzzy Connectedness theory and for that purpose four different approaches were implemented: Generic algorithm, LIFO algorithm, kTetaFOEMS algorithm, and Dynamic Weight algorithm. Since the first three algorithms used specific weights that were selected by the user, an extra analysis was performed to determine the best segmentation constants that would reflect an accurate segmentation. Finally, at the end of the processing structure, an assessment procedure was used as a measurement tool to quantify some parameters that determined the level of efficiency and precision of our process and project. We have verified that the implemented algorithms (filters and segmentation algorithms) are fairly robust and achieve optimal results, assist to obtain, in the case of the Left Ventricular simulated, TP and FP rates in the order of 98.49 ± 0.27% and 2.19 ± 0.19%, respectively. With the set of procedures and choices made along of the processing structure, the project was concluded with the analysis of a volumes group from a real PET exam, obtaining the quantification of the volumes.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-13T20:31:59Z No. of bitstreams: 1 FABRÍCIO BATISTA BORGES – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 4027586 bytes, checksum: c02ca04ae0983633d70b155cc190bf48 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-13T20:31:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FABRÍCIO BATISTA BORGES – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 4027586 bytes, checksum: c02ca04ae0983633d70b155cc190bf48 (MD5) Previous issue date: 2016-09-23 / Objetiva-se com este trabalho realizar estudos usando as soluções analítica e numérica da equação de difusão para descrever a secagem em camada fina de grãos de milho nas temperaturas de 45, 55, 65 e 75 ºC, os quais têm uma forma que pode ser aproximada a de um paralelepípedo. Foram utilizadas ferramentas numéricas e analíticas para o estudo dos fenômenos difusivos envolvendo as três dimensões geométricas dos grãos mencionados. Para a solução numérica proposta, a equação de difusão tridimensional foi discretizada utilizando os métodos dos volumes finitos, com uma formulação totalmente implícita, fazendo uso das coordenadas cartesianas. Com a finalidade de estabelecer a correta condição de contorno na descrição da cinética de secagem dos grãos de milho, foram utilizados três softwares para a determinação dos parâmetros de processo a partir dos dados experimentais via otimização. O primeiro software usado para simular a cinética de secagem do milho foi “Prescribed Adsorption – Desorption” V.2.2, que utiliza a solução analítica da equação de difusão empregando a condição de contorno do primeiro tipo. O segundo software utilizado foi o “Convective Adsorption – Desorption” V. 2.4. Este simula a cinética de secagem de produtos usando a solução analítica da equação de difusão empregando a condição de contorno do terceiro tipo. Já o terceiro software usado na otimização foi o “LS Optimizer” V.2.1, que determina os parâmetros de uma equação diferencial usando o método dos mínimos quadrados na solução numérica da equação de difusão com a condição de contorno do terceiro tipo. Esses dois últimos geraram resultados coerentes e consistentes em todas as etapas efetuadas durante os testes. Pode-se concluir que o segundo e o terceiro modelos propostos para analisar os dados da pesquisa foram coerentes e equivalentes, e os resultados obtidos foram satisfatórios. Assim, a condição de contorno do terceiro tipo foi usada para a solução numérica tridimensional da equação de difusão em coordenadas cartesianas. Testes de validação indicaram que a solução numérica desenvolvida apresenta resultados coerentes com aqueles esperados. / The objective with this essay is to carry out studies using analytical and numerical solutions of the diffusion equation to describe the drying of thin layer of corn grains at temperatures of 45, 55, 65 and 75 ° C, which have a shape that can be approximated for a parallelepiped. Numerical and analytical tools were used for the study of the diffusive phenomena involving the three geometric dimensions of the mentioned grains. For the numerical solution proposed, the three dimensional diffusion equation was discretized using the finite volume method with a fully implicit formulation using the cartesian coordinates. In order to establish the right boundary condition in the description of the corn grain drying kinetics, three software were used for the determination of the process parameters from the experimental data using optimization. The first software used to simulate corn drying kinetics was "Prescribed Adsorption - Desorption" V.2.2, which uses the analytical solution of the diffusion equation using the boundary condition of the first type. The second software used was "Convective Adsorption - Desorption" V. 2.4. This one simulates the kinetics of drying products using the analytical solution of the diffusion equation using the boundary condition of the third kind. The third software used in the optimization was the "LS Optimizer" V.2.1 which determines the parameters of a differential equation using the method of least squares in the numerical solution of the diffusion equation using the boundary condition of the third kind.The latter two have generated coherent and consistent results in all steps performed during testing. It can be concluded that the second and third proposed models to analyze the survey data were consistent and equivalent and the results were satisfactory. Thus, the boundary condition of the third kind was used for three -dimensional numerical solution of the diffusion equation in cartesian coordinates. Validation tests indicated that the developed numerical solution provides coherent results with t hose expected.