Orientador: Carlos Manuel Giles Antunez de Mayolo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vescovi_RafaelFerreiradaCosta_M.pdf: 7268781 bytes, checksum: aad670a87e535324db78cc83c9c2ab07 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nos últimos anos houve um rápido desenvolvimento na área de imagens obtidas utilizando radiação coerente de raios-X, especialmente porque fontes coerentes ou parcialmente coerentes têm se tornado disponíveis. A vantagem de se usar um feixe de raios-X coerente está em evidenciar o contraste criado pela variação da fase do feixe ao atravessar a amostra. Mesmo quando a coerência do feixe não é completa ainda é possível obter informação da fase na interferência da onda que se propaga após ter atravessado da amostra. Esse método é chamado de Contraste de Fase por Propagação e ressalta principalmente a diferença do índice de refração (parte real e imaginária) na interface das estruturas internas da amostra. Este trabalho vai apresentar uma revisão do método e descrever a montagem de uma estação experimental para micro tomografias de raios-X utilizando o método de contraste de fase por propagação. Também é descrito como é feita a sincronização do experimento utilizando o software de controle EPICS e como é feito o tratamento, reconstrução e visualização das imagens tridimensionais. Serão apresentados resultados de radiografias e reconstruções tomográficas obtidas nesta estação experimental, ressaltando as melhoras obtidas pelo uso deste método, como a visualização de estruturas moles das amostras e definição das bordas / Abstract: In the last years, there has been a fast development on coherent x-ray imaging, especially because coherent or partially coherent sources are becoming more available. The advantage in using a coherent x-ray beam relies on the enhancement of contrast created by the change in the beam\'s phase after interacting with the sample. Even when the beam is not completely coherent is still possible to obtain phase information on the interference pattern of the wave propagating from the sample. This method is called Propagation Phase Contrast Image and improve the contrast on the difference of refraction index (real and imaginary part) from the sample interior interfaces. This work will show a study of the method and the assembly of an experimental station for x-ray micro tomography using this method. We also show how the experiment synchronization is done using the control software EPICS and how to treat, reconstruct and visualize the tridimensional images. An experiment results of radiographies and tomographic reconstructions obtained from this experimental station, showing the improvements obtained by the use of the propagation method, like the visualization of soft tissue and interface definition / Mestrado / Física / Mestre em Física

INTRODUÇÃO: Os ligamentos mediais responsáveis pela manutenção da estabilidade da articulação patelofemoral (PF) são o ligamento patelofemoral medial (LPFM), o ligamento patelotibial medial (LPTM) e o ligamento patelomeniscal medial (LPMM). Sobre o LPFM, existem vários estudos anatômicos, radiológicos, biomecânicos, e a evolução clínica de sua lesão e reconstrução; no entanto, pouco se sabe sobre o LPTM e o LPMM. MÉTODOS: O LPFM, o LPTM e o LPMM foram dissecados em 9 joelhos. Todos os ligamentos foram enviados para avaliação histológica, corados pelo método de hematoxilina e eosina (HE), após o teste biomecânico. Foram medidos o comprimento e a largura bem como a relação das inserções com referências anatômicas (epicôndilo medial do fêmur, tubérculo dos adutores no fêmur, linha articular, tendão patelar e menisco medial). Esferas metálicas foram introduzidas nas inserções e radiografias em ântero-posterior (AP) e perfil (P) realizadas. Foram medidas as distâncias entre as inserções e as linhas de base (na tíbia, linha do planalto, borda medial do planalto e borda medial da espinha medial; e na patela, linha da cortical posterior e bordas proximal e distal da patela). Os ensaios de tração dos ligamentos foram executados em uma máquina de ensaios mecânicos KRATOS. RESULTADOS: Todos os materiais apresentaram tecido conjuntivo denso característico de tecido ligamentar. Com o estudo anatômico verificamos que o LPFM se encontrou na camada 2, com comprimento de 60.6 mm e largura de 15,3 mm no fêmur e 20,7 mm na patela. Inseriu-se entre o tubérculo dos adutores e o epicôndilo medial no fêmur e no pólo proximal da patela. O LPTM tinha um comprimento de 36,4 mm e largura de 7,1 mm. Sua inserção tibial se encontrou 13,7 mm distal a articulação e 11,6 mm medial ao tendão patelar formando um ângulo de 18,5o com este. A inserção na patela foi 3,6 mm proximal a sua borda distal. O LPMM se encontrou na camada 3 e seu comprimento foi de 33,7 mm e largura de 8,3 mm. Com uma inserção meniscal no corno anterior, 26,6 mm medial ao tendão patelar e formando ângulo com tendão patelar de 42,8o. Sobre os parâmetros radiográficos, a inserção tibial do LPTM se encontrou 9,4 mm, na incidência AP, e 13,5 mm, na incidência P, distal a articulação. Quanto ao posicionamento médio lateral a inserção se encontrou a 30% do comprimento do planalto de medial para lateral e na borda medial da espinha medial. A inserção patelar era 4,8 mm proximal a sua borda distal. Na análise biomecânica verificamos que o LPTM era mais rígido que o LPFM (médias de 17,0 N/mm versus 8,0 N/mm, respectivamente) e apresentou menor deformação no limite de resistência máxima (8,6 mm Resumo Betina Bremer Hinckel versus 19,3 mm). CONCLUSÃO: Os ligamentos foram identificados em todos os joelhos. Os parâmetros anatômicos e radiográficos das inserções foram bem definidos. Os enxertos comumente utilizados para as reconstruções ligamentares do joelho são suficientes para a reconstrução do LPFM e do LPTM / INTRODUCTION: The medial ligaments responsible for maintaining the stability of the patellofemoral (PF) joint are the medial patellofemoral ligament (MPFL), the medial patellotibial ligament (MPTL) and the medial patellomeniscal ligament (MPML). There are several studies on the anatomical, imaging, and biomechanical characteristics of the MPFL, and clinical outcome of its injury and reconstruction; however, little is known about the MPTL and MPML. METHODS: The MPFL, MPTL and MPML were dissected in 9 knees. All ligaments underwent histological evaluation by hematoxylin eosin stain after the biomechanical test. The length and width and the insertions relationship with anatomical references (medial epicondyle of the femur, adductor tubercle of the femur, joint line, patellar tendon and medial meniscus) were measured. Steel balls were introduced at the insertions and radiographs in anteroposterior (AP) and profile (P) views were performed. The distance between the insertions to baselines were measured (in the tibia, the plateau line, the medial plateau border and the medial border of the medial tibial spine; and in the patella the posterior cortical line and the proximal and distal patellar borders). The tensile tests of the ligaments were performed on a mechanical testing machine KRATOS. RESULTS: All materials showed dense connective tissue characteristic of ligaments. With the anatomical study we found that the MPFL was in layer 2, it has length of 60.6 mm and width of 15,3 mm in the femur and 20,7 mm in the patella. Inserting between the adductor tubercle and the medial epicondyle on the femur and in the inferior pole of the patella. The MPTL was found in layer 2, its length was 36.4 mm and width of 7.1 mm. Its tibial insertion was found 13.7 mm distal to the joint line and 11.6 mm medial to the patellar tendon at an angle of 18,5o with it. On the patella it was 3.6 mm proximal to its distal border. The MPML was in layer 3 and its length was 33.7 mm and width of 8.3 mm. The meniscal insertion was in the anterior horn, 26.6 mm medial to the patellar tendon and a 42,8o angle with it. In regards to the radiographic parameters the tibial insertion of LPTM was 9.4 mm, in the AP, and 13.5 mm, in the P, distal to the joint line. The medial lateral position was at 30% from medial to lateral on the tibial plateau and on the medial edge of the medial spine. The patellar insertion was 4.8 mm proximal to the distal border of the patella. In the biomechanical analysis we verified that the MPTL was more rigid then the MPFL (average of 17.0 N / mm versus 8.0 N / mm, respectively) and showed less deformation in the maximum tensile strength (8,6 mm versus 19,3 mm). CONCLUSION: The ligaments were identified in all knees. The anatomical and radiographic insertion parameters were well

Ossos trabeculares possuem uma microestrutura porosa e podem ser modelados como um sólido elástico linear, heterogêneo e anisotrópico. A microtomografia tridimensional por raios-x (&#956CT) tem sido mundialmente utilizada para a caracterização de osso trabecular em pesquisas relacionadas à qualidade óssea e a doenças do metabolismo ósseo como a osteoporose. Na literatura existem poucas investigações sobre a influência de diferentes subvolumes amostrais na caracterização de propriedades mecânicas de osso trabecular humano através de &#956CT e ensaio mecânico computacional pelo método de Elementos Finitos. Nesta investigação doze vértebras humanas da região lombar foram utilizadas para a caracterização das propriedades mecânicas do osso trabecular através de &#956CT e modelagem computacional por elementos finitos. Uma amostra cúbica virtual com 18,5 mm de lado foi extraída de cada vértebra e quatro cubos menores centrais foram obtidos a partir dela com reduções de 20%, 40%, 60%, 80% do volume original de cada cubo. A abordagem Direct Mechanics por meio de análise de elementos finitos foi realizada através do Software FAIM (v6.0, Numerics88 Solutions Ltd). Os valores médios nas três direções principais de carregamento para os módulos de Young, Poisson e Torção obtidos foram, respectivamente, E1 = 294 MPa , E2 = 258 MPa , E3 = 153 MPa, G23 = 86 MPa, G31 = 103 MPa, G12 = 100 MPa, v21 = 0,121, v31 = 0,076, v12 = 0,137, v32 = 0,077, v13 = 0,141 e v23 = 0,140. O teste estatístico de Kruskal - Wallis ANOVA fator único foi aplicado com os procedimentos de comparação aos pares (teste de Tukey) mostrou que E1 &#8800 E3, E2 &#8800 E3 e E1 = E2. Isso indica que há a tendência para duas direções diferentes de carregamento mecânico nas amostras de osso trabecular das vértebras humanas analisadas, caracterizando uma simetria transversalmente isotrópica. Entretanto, os autovalores da matriz M (tensor anisotropia) expressaram uma tendência da microestrutura trabecular das vértebras humanas para a simetria ortotrópica, mostrando que a análise do fabric não classifica adequadamente a simetria da estrutura. A avaliação dos parâmetros microestruturais mostrou a tendência de um aumento do grau de conectividade das trabéculas a medida que ocorre uma redução dos subvolumes analisados (100% para 20% ou em milímetros de 18,5 para 3,7) acompanhado de um acréscimo dos valores da fração de volume ósseo. Esta tendência reforça a ideia de analisar-se as possíveis variações dos parâmetros morfométricos e mecânicos em domínios específicos. Em outras palavras, uma avaliação local com a escolha de volumes menores dos parâmetros microestruturais fração de volume, conectividade, espessura trabecular, separação trabecular, número trabecular e parâmetros mecânicos (Módulos de Young, Poisson e Torção) podem melhorar o prognóstico da resistência óssea, a qual prediz o risco de fratura de estruturas de osso esponjoso com precisão. Quando as propriedades mecânicas estão associadas com informações microestruturais por &#956CT são gerados mais parâmetros para se avaliar a qualidade óssea no diagnóstico de doenças do metabolismo ósseo. Portanto, a microtomografia de raios-X e análise de elementos finitos oferecem uma técnica não-invasiva com grande potencial para a avaliação da qualidade óssea. / Trabecular bone structures have a porous microstructure and can be modeled as linear elastic solid with a heterogeneous and anisotropic structure. The X-ray microtomography (&#956CT) has been used worldwide for the characterization of trabecular bone and its relationship with bone quality in metabolism diseases such as osteoporosis. In the literature there are few investigations regarding the influence of trabecular samples subvolumes in the assessment of microstructure and mechanical properties using &#956CT and finite element analysis. In this investigation twelve human vertebraes were used for the characterization of mechanical properties of trabecular bone using CT and computational modeling by finite elements. A cube sample with 18.5 mm sides was computationally extracted from each vertebrae and four smaller central cubes were obtained from it, with a 20%, 40%, 60%, 80% reduction from the original volume. The Direct Mechanics approach by finite element analysis was performed through the FAIM Software (v6.0, Numerics88 Solutions Ltd.). The mean values on three main directions of loading for Youngs Modulus, Poissons Modulus and Shears Modulus, were: E1 = 294 MPa , E2 = 258 MPa , E3 = 153 MPa G23 = 86 MPa, G31 = 103 MPa e G12 = 100 MPa, v21 = 0,121, v31 = 0,076, v12 = 0,137, v32 = 0,077, v13 = 0,141 e v23 = 0,140. The Kruskal-Wallis One Way Analysis of Variance on Ranks was applied with pairwise multiple comparison procedures (Tukey Test) showing that E1 &#8800 E3, E2 &#8800 E3 e E1 = E2. This indicates that there are two different main directions of loading on the trabecular bone samples of human vertebrae which is related to a transversely isotropic symmetry. However the eigenvalues of the matrix M (tensor anisotropy) expressed a tendency to orthotropic symmetry of the trabecular microstructure of human vertebrae, showing that the fabric assumption does not adequately classify the symmetry of the structure. The assessment of microstructural properties showed a tendency to increase the connectivity of the trabeculae with the reduction of the analyzed subvolumes (100% to 20% or 18.5 mm to 3.7 mm) as well as an increase of the bone volume fraction values. Those results highlight the idea that mechanical properties are better described in local regions. In other words, a local assessment of the microstructure parameters volume fraction, connectivity, trabecular thickness, trabecular separation, trabecular number and mechanical parameters (Youngs Modulus, Poissons Modulus and Shears Modulus) can improve the prediction of bone strength, which predicts the risk of cancellous bone fracture accurately. When the mechanical properties are associated with microstructural information more bone quality parameters are generated for the diagnosis of bone metabolism diseases and they can predict the fracture risk of cancellous bone structures with higher accuracy. Therefore, the X-ray microtomography and finite element analysis offer a non-invasive technique with great potential for the assessment of bone quality.

Esta pesquisa apresenta os resultados obtidos com o emprego de um método físico para aumento da resistência de concretos projetados a pequenas idades. O método consiste na aplicação de gradientes elétricos ao material logo após a projeção, sendo mantido nas primeiras 5:30 h de hidratação. O comportamento mecânico do concreto projetado submetido a gradientes elétricos foi analisado em termos da resistência à compressão e módulo de elasticidade a partir da resposta de modelos estruturais e de amostras extraídas de estruturas projetadas em diferentes idades. Os modelos estruturais foram desenvolvidos para simular esforços ao concreto projetado semelhantes àqueles resultantes da interação solo-suporte em obras subterrâneas. A projeção do concreto nestes modelos ocorreu diretamente sobre o solo, permitindo assim a análise da eficiência do método sob condições de fuga de corrente elétrica para o maciço em diferentes tipos de solos. A instrumentação destes modelos permitiu analisar a eficiência do método sobre a deformabilidade do concreto projetado, sendo medidas as evoluções de deformações elásticas e deformações de fluência ao longo do tempo bem como deformações independentes de tensões desde as primeiras horas de hidratação. Constataram-se acréscimos na resistência nas primeiras 8 h de idade do concreto projetado em projeção sobre placas de madeira e diretamente sobre o solo. O módulo de elasticidade obtido a partir da instrumentação da resposta instantânea ao carregamento também constatou melhorias pela aplicação do gradiente elétrico. A reologia do concreto projetado, a partir das parcelas de deformações instantânea, retardada e lenta foi analisada utilizando-se o modelo proposto por SCHUBERT (1988). Melhorias foram observadas na resposta em termos de deformações do concreto projetado quando submetidos ao gradiente elétrico, apresentando menores taxas de evolução de deformações lentas em resposta a carregamentos iniciados em idades inferiores a 10 h e redução da parcela de deformação permanente frente ao descarregamento. A investigação dos fatores que provocam acréscimos na resistência a pequenas idades pela aplicação de gradientes elétricos a pastas e argamassas foi realizada utilizando-se técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura e Difratometria de Raio X. Constataram-se alterações na microestrutura de argamassas submetidas a gradiente elétrico, sem alteração nos compostos hidratados. Alterações na taxa de hidratação foram evidenciadas pela comparação de padrões difratométricos entre pastas submetidas a gradientes elétricos e pastas de referência. / This work presents the results obtained by employing a physical method for the strength increase of shotcrete at early age. The method consists of applying electric gradient to the material during the first 5 hours and 30 minutes of hydration, starting immediately after spraying. The mechanical behavior of shotcrete subjected to electric gradient was evaluated at different ages in terms of unconfined compressive strength and elastic modulus obtained from the response of structural models and on samples cored from the structural models. Shotcrete structural models were constructed in order to simulate internal forces resulting from ground mass - support interaction in underground works. Shotcrete in these models was sprayed directly on soil. It was thus possible to analyse the efficiency of the method when leakage currents occur through the soil. Model instrumentation alloed to evaluate the method efficiency in terms of shotcrete deformability. The evolution of elastic and creep strains were evaluated, as well as stress-independent strains since the beginning of hydration. Strength increase during the first 8 hours of age were observed both on panels shotcreted on wooden forms and directly on soil. The elastic modulus was also obtained from the analysis of the instantaneous strain reponse to the applied load. Improvement due to electric gradient was also found this way. Shotcrete rheology in terms instantaneous, delayed and creep strains was analyzed adopting the model proposed by SCHUBERT (1988). Improvement due to the electric gradient was found with respect to each of those strain components resulting from load applied at ages lower that 10h. Permanent strain after unloading was also reduced. The investigation of the phenomena responsible for the strength increase at early age due to the application of electric gradient to cement paste and mortar was carried out with the techniques of scanning electron microscope and X-ray diffraction. Microstructure changes were found in mortar speciments subjected to electric gradient, however without any change of hydrated products. Hydration rate changes were detected from diffractometric patterns of cement pastes subjected to electric gradient.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a formação e evolução da camada de nitretos sobre substrato de ferro com pureza de 99,83% e do aço AISI H12, nitretados por plasma. As camadas foram obtidas com a variação sistemática das condições de nitretação, como temperatura, tempo e frequência do plasma. A atmosfera de trabalho empregada foi a de uma mistura gasosa de 20% N2 + 80% H2, mantida à pressão constante de 6 mbar, sob fluxo. Uma investigação detalhada da camada nitretada das amostras de ferro foi feita através de desgaste mecânico em passos sucessivos e após cada desgaste, as novas camadas foram analisadas por espectroscopia Môssbauer de elétrons de conversão (CEMS) auxiliadas por outras técnicas, como difração de raios X, microdureza e microscopia ótica e eletrônica. As análises superficiais demonstraram que a camada nitretada é formada por uma mistura de nitretos γ-Fe4N, ε-Fe3N e-ε-Fe3,2N, que variam suas proporções com as condições de nitretação. Abaixo desta camada outros nitretos são formados como e ε-FeXN (2≤X≤3,2) e α-Fe16N2. No aço H12, foi estudada a influência da nitretação por plasma em correntes contínua e pulsada. As amostras foram caracterizadas quanto ao perfil de microdureza, perfil de concentração de nitrogênio, difração de raios X e espectroscopia Môssbauer de elétrons de conversão (CEMS) e de raios X de conversão (CXMS). A camada composta próxima à superfície, como vista por CEMS, consiste de uma mistura de γ-Fe4N e ε-FeX(N, C) enquanto a camada próxima à zona de difusão, investigada por CXMS, consiste de uma mistura de fases γ-Fe4N, ε-FeX(N, C) Fex(N, C), α-Fe16N2 e γ-austenita. O crescimento da camada nitretada quando difundida utilizando corrente contínua segue uma lei parabólica, o que não ocorre com o processo com corrente alternada. Este efeito deve ser devido à taxa de \"sputerring\" do catodo e da difusão auxiliada por radiação, que são mais acentuadas no caso de corrente alternada, para tempos de nitretação t ‹ 2h. A situação é revertida para t › 3h. / This work investigates the formation and evolution of nitride layers on a 99.83% pure iron and a AISI H-12 steel substrates by using plasma nitriding processoThe layers were obtained by systematic variation of the nitriding conditions, such as temperature, time and plasma frequency. The employed atmosphere consisted of a gaseous mixture of H2-20% N2, at a constant pressure of 6.0 mbar in f1ux.A detailed investigation of the nitrided layer on iron samples was performed through surface mechanical wear in successive steps. After each step the layer was analysed by Conversion Electron Mõssbauer spectroscopy (CEMS), as well as by other techniques, as X-ray diffraction, microhardness and optical and electronic metallography. The surface analysis of iron samples showed that the nitrided layers are formed bya mixture of γ-Fe4N, ε-Fe3N e-ε-Fe3,2N nitrides, whose proportions have varied with the nitriding conditions. Below this layer, different nitrides are formed, ε-FeXN (2≤X≤3,2) e α-Fe16N2. For H-12 steel substrates it was also studied the influence of direct and pulsed current on the layer. The samples were characterized related to the microhardness profile, nitrogen concentration profile, Xray diffraction and Conversion Electron and X-ray Mõssbauer spectroscopy (CEMS) and (CXMS). The near-surface compound layer, as probed by CEMS, consisted of a mixture of γ-Fe4N e ε-FeX(N, C) phases. The near-diffusion zone compound layer, as probed by CXMS presented a mixture of γ-Fe4N , e ε-FeX(N, C) Fex(N, C), α-Fe16N2e &#947 and- e &#947-austenite phases. For the plasma process, the growth of the nitride layers in direct current follows the parabolic law, what does not occur when process with pulsed current is used. This effect is probably due to cathode rate sputtering and radiation-enhanced diffusion, the latter being more accentuated in the case of pulsed current, for nitriding times t &#8249 2h. The situation is reversed for t &#8250 3h.

Orientador: Carlos de Oliveira Paiva Santos / Coorientadora: Selma Gutierrez Antonio / Banca: Marlus Chorilli / Banca: Vinícius Danilo Nonato Bezzon / Banca: Flavio Machado de Souza Carvalho / Banca: Alexandre Urbano / Resumo: O refinamento de estruturas cristalinas pelo método de Rietveld (MR) consiste em ajustar um modelo estrutural a uma medida de difração. Essa é uma ferramenta eficiente para identificação e quantificação de estruturas polimórficas presentes em fármacos e excipientes. Uma forma avançada do método é o refinamento sequencial por Rietveld (RSR) que visa, a partir de um conjunto de difratogramas de uma mesma amostra, estudar o comportamento do material em função de uma variável externa (e.g. temperatura, pressão, tempo ou ambiente químico). No presente trabalho, com o objetivo de estudar as transições polimórficas e as expansões/contrações dos parâmetros de cela unitária (PCU) dos insumos farmacêuticos: espironolactona (SPR), lactose monoidratada (LACMH) e lactose anidra (LACA), empregou-se o RSR em medidas obtidas em diferentes temperaturas. O RSR foi eficiente para que os PCU fossem refinados até temperaturas próximas ao ponto de fusão dos materiais. Após o RSR, a partir da análise matemática dos PCU obtidos, foram propostas funções que regem a tendência desses parâmetros quando submetidos à variação de temperatura. Com essas funções modelaram-se os PCU em uma outra modalidade de refinamento, o refinamento paramétrico por Rietveld (RPR), assim, os PCU seguem a modelagem imposta pelas equações obtidas via RSR. O RPR mostrou-se mais eficiente nas análises, o que evitou perda de fases ou problemas de ajustes, resultando assim em informações mais precisas do sistema. Embora o RSR e R... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The crystal structural refinement by the Rietveld method (MR) consists of fitting a structural model to a diffraction measure. This is an efficient tool for identification and quantification of polymorphic structures present in drugs and excipients. An advanced way to use this method is the Sequential Rietveld Refinement (RSR), which aims, from a set of data of the same sample, to study the behavior of the material as a function of an external variable (e.g. temperature, pressure, time or chemical environment). In the present work, with the objective of studying the polymorphic transitions and the expansions / contractions of the unit cell parameters (PCU) of the pharmaceutical ingredients: spironolactone (SPR), lactose monohydrate (LACMH) and anhydrous lactose (LACA), the RSR in measurements obtained at different temperatures. The RSR was efficient so that the PCU were refined to temperatures close to the melting point of the materials. After the RSR, from the mathematical analysis of the obtained PCU, functions were proposed that govern the trend of these parameters when submitted to the temperature variation. With these functions the PCU were modeled in another modality of refinement, the Parametric Rietveld Refinement (RPR), thus, the PCU follow the modeling imposed by the equations obtained via RSR. The RPR was more efficient in the analyzes, which avoided loss of phases or problems of adjustments, resulting in more accurate information of the system. Although RSR and RP... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Rogério Pinto Mota / Coorientador: Elson de Campos / Banca: Maurício Antonio Algatti / Banca: Roberto Yzumi Honda / Banca: Emerson Ferreira de Lucena / Banca: Nazir Monteiro dos Santos / Resumo: Plasmas de gases e / ou vapores orgânicos produzem filmes finos ou pós apresentando características poliméricas, especialmente quando os plasmas são derivados de monômeros das famílias dos hidrocarbonetos alcoóis, siloxanos, silazanos, e outro. Neste trabalho, os filmes finos foram obtidos a partir da mistura de ácido cítrico-etilenoglicol-metal complexador depositado a plasma, com 13,56 MHz de radiofrequência na potência de 10 a 50 W e pressão fixada a 10 Pa. Os resultados da análise de espectroscopia de infravermelho FTIR mostrou que os grupos vibracionais dos filmes estavam preservados, mas com modificações em suas estruturas moleculares. Foram observados nos resultados obtidos por espectroscopia fotoelétrica de raios-X modificações na composição química da ligação oxigênio-carbono e oxigênio-hidrogênio com variação da potência de 10 a 50 W. A taxa de deposição dos filmes finos diminuiu de 0,10 a 0,08 nm/minuto com o aumento da potência de 10 a 50 W. As propriedades óticas das amostras como o índice de refração, coeficiente de absorção, gap ótico foram investigados por espectroscopia UV- visível. Destas análises foram possíveis obter valores n de 1,54 a 1,50 e energia do gap entre 4,75 e 4,85 eV. A técnica de ângulos de contato e foi utilizada para investigar a molhabilidade das amostras, que apresentaram caráter hidrofílico em todas as condições de deposição dos filmes. A técnica de EDS foi usada para investigar as composições químicas das amostras. Além disso, os filmes ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Plasmas from gases and / or organic vapors produce thin films or powders presenting polymeric characteristics, especially when the plasmas are derived from monomers of the families of hydrocarbons, alcohols, siloxanes, silazanes, and others. In this work, thin films were obtained by citric acid / ethylene glycol / complex metal deposited by 13.56 MHz RF plasma at 10 and 50 W fixed pressure 10 Pa. FTIR spectroscopy showed that the main vibrational groups of the films were preserved, but with modifications in their molecular structures. It was observed by X -ray photoelectron spectroscopy chemical composition modifications in oxygen - carbon and oxygen - hydrogen bond while the deposition power changed from 10 to 50 W. The deposition rate of the samples decreased from 0.10 to 0.08 nm / minute while the RF power increases from 10 to 50 W. The samples optical properties as refractive index n, absorption coefficient, optical gap Eg were investigated by UV - Visible spectroscopy. From these analysis were possible to obtain values of n from 1.54 to 1.50 and Eg between 4.75 and 4.85 eV. Contact angle and surface energy measurements were used to investigate the wettability of composite Polymer films, for all depositions conditions the films presented hydrophilic character. EDS was used investigate components of the samples. Moreover, the film showed electrical conductivity values greater than 10-8 (Ωcm)-1 and dielectric constant between 2.2 and 2.7 / Doutor

Phosphorus (P) one of the essential elements to plants and animals, is a non-renewable resource and accuatlly high demanded in agriculture. The World\'s population growth and future estimatives on food demands raises the question about the sustainability of the current agriculture systems, speccially concerns about the low P use efficiency in agroecosystems. Brazilian agriculture requires high P inputs and many researches has been developed to increase the crops yield and, consequently, food production efficiency. However, this development was achieved at the high costs of mineral fertilisers (specially P) and long-term perspectives about the costs of the intensification in the tropical agriculture is accuattly in debate. In this conxtext, in the present thesis chapter two we evaluated the evolution of the Brazilian cropland basis and P demands, quantifying the Brazil P Legacy and, based on scenarios involving the cropland area and yield expansion, we estimated the future (up to 2050) Legacy P and P fertilisers demand. We also estimated the potential aleviation that could be achieved in the mineral fertilizers consumption by utilisation and improvements on manure P recycling. Alternatively, considering the systems intensification and its effects on P availability, we proposed alternative scenarios to promote the Legacy P utilisation in Brazil\'s improved agriculture systems to grant the agriculture expansion without huge increments on the national P fertilisers consumption. A worldwide recognized advance in Brazilian agriculture is the Cerrado, where large cropland areas accually are cultivated twice a year, improving the food and fiber production without any additional disturbance of natural ecossystems. In this context, no-tillage (NT) agriculture has been widely used and, as consequence, soil fertility has been improved, which could be also farorable to the P availability, when rotation with crop species with P mobilization mechanisms are introduced, such as cover crops utilisation. However, the effects of these improved rotated systems on P bioavailability in long-term in tropical soils remains uncert in the literature and was our objective in the chapter three, where is described a study envolving the evaluation of long-term changes on P fractions in tropical Oxisols, from two long-term field trials involving tillage systems (NT and conventional tillage, CT) and cover crops (millet, brachiaria, maize and control, fallow). The long-term cultivation generated large amounts of legacy P in the soil and with the brachiaria introduction as cover crop, more P was recycled in the topsoil and labile P and all the organic P fractions increased. Based on the cover crop effects, we proposed that the bioavailability of the legacy P could be represented by the P extracted by the labile fractions + moderately labile P fractions. In the chapter four, we used other techniques actually widely applied to P speciation, and we applied in tropical soils affected by the native Cerrado conversion into NT and CT agriculture. A multiple approach to identify and quantify the P forms in tropical soils were proposed by the utilisation of Hedley\'s fractionation togheter with P K-edge XANES for P-bindings into inorganic soil matrix and liquid 31P-NMR spectroscopy to complement the organic P species in tropical soils. / Fósforo (P), um dos elementos essenciais às plantas e animais, é um recurso não-renovável e altamente demandado na agricultura atualmente. O crescimento da população mundial e as estimativas futuras da demanda de alimentos aumentam os questionamentos sobre a sustentabilidade dos sistemas agrícolas atuais, especialmente no que se refere a baixa eficiência no uso do P na agricultura. A agricultura brasileira requer altas quantidades de P e muitas pesquisas tem sido desenvolvidas para aumentar a produtividades das culturas e, conseequentemente, a eficiencia da produção de alimentos. Entretanto, este desenvolvimento tem sido alcançado a altos custos com uso de fertilizantes minerais (sobretudo P) e as perspectivas de longo prazo sobre os custos da intensificação da agricultura tropical estão atualmente em debate. Nesse contexto, no capítulo dois da presente tese avaliamos a evolução da área cultivada no Brasil e das demandas de P, quantificando o legado do P no Brasil e, baseado em cenários envolvendo a expansão da área cultivada e da produtividade, estimamos o futuro (até 2050) legado de P e as demandas por fertilizantes fosfatados. Ainda estimamos a potencial redução no consumo de fertilizantes fosfatados que pode ser alcançada pela utilização e melhorias na reciclagem do P oriundo de dejetos. Alternativamente, considerando a intensificação dos sistemas e seus efeitos na disponibilidade de P, propusemos cenários alternativos visando a utilização do \"Legacy P\" em sistemas agrícolas melhorados para garantir a expansão agrícola sem drásticos incrementos no consumo nacional de fertilizantes fosfatados. Um avanço internacionalmente reconhecido na agricultura Brasileira é o Cerrado, onde extensas áreas agrícolas são cultivadas duas vezes ao ano, incrementando assim a produção de alimentos e fibras sem qualquer custo aos ecossistemas naturais. Nesse contexto, a agricultura sob plantio direto (PD) tem sido amplamente difundida e, como consequencia, a fertilidade dos solos tem-se elevado, o que pode também favorecer a disponibilidade de P, quando são introduzidas rotações com espécies de plantas que apresentam mecanismos de mobilização do P, como o uso de plantas de cobertura. Entretanto, os efeitos desses sistemas melhorados de rotação na biodisponibilidade de P em solos tropicais no longo prazo permanecem incertos na literatura e foram objeto de estudo no capítulo três, onde está descrito um estudo envolvendo a avaliação das mudanças de longo-prazo nas frações de P em Latossolos, oriundos de dois experimentos de campo de longa duração no Cerrado, envolvendo a avaliação de sistemas de preparo (PD e preparo convencional, PC) e plantas de cobertura (milheto, braquiária milho e um controle, apenas pousio). O cultivo por longo tempo resultou em grandes quantididades de \"Legacy P\" acumulado no solo e, com o uso de braquiária como cultura de cobertura, maior quantidade de P foi reciclado para as camadas superiores do solo e as frações de P lábil e todas as frações organicas aumentaram. Baseado nos efeitos das plantas de cobertura, sugerimos que a biodisponibilidade do \"Legacy P\" pode ser representada pelo P extraído nas frações lábeis + o P de frações moderadamente lábeis. No capítulo quatro, utilizamos outras técincas atualmente difundidas para a especiação de P, aplicando-as em solos tropicais influenciados pela conversão do Cerrado nativo em agricultura sob PD e PC. Uma abordagem múltipla para identificação e quantificação de formas de P em solos tropicais foi proposta através da utilização do fracionamento de P proposto por Hedley em conjunto com a especiação de P por XANES da borda K do P para identificação de ligação do P a matrix inorgânica do solo, e espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) para complementação da identificação de espécies orgânicas de P em solos tropicais.

Introdução: No momento, pouco se conhece sobre o desempenho diagnóstico da angiotomografia de coronárias com 64 colunas de detectores (Angio-TC 64) frente aos achados do ultrassom intracoronário com técnica de histologia virtual (USIC-HV). Este estudo compara a capacidade diagnóstica de ambos os métodos para a avaliação das dimensões vasculares e para avaliação da composição da placa aterosclerótica através da análise de toda extensão dos três vasos epicárdicos principais. Métodos e Resultados: Um total de 21 pacientes com diagnóstico de doença arterial coronária obstrutiva foi incluído neste estudo. Angio-TC 64 foi realizada em todos os pacientes antes da realização do USIC-HV, com intervalo<72horas entre os dois exames. No total, 70 vasos foram avaliados (3,3 vasos por paciente) e divididos em 641 subsegmentos de 4 mm de extensão cada. Um total de 5.972 cortes seccionais de USIC-HV e 5.233 cortes seccionais da Angio-TC 64 foram analisados. As medidas de área luminar, área do vaso, área da parede arterial e carga de placa à Angio-TC 64 e ao USIC-HV foram significativamente correlacionadas (r-Spearman: 0,81; 0,78; 0,55 e 0,49; respectivamente - p<0,001 para todas as correlações). A Angio-TC 64 subestimou a área luminar ao USIC-HV (em mediana: 0,4mm2 ,variando entre -5,6 mm2 e 10,2 mm2). A Angio-TC 64 superestimou a área do vaso, a área da parede arterial (placa+média) e a carga de placa (em mediana: 3,0 mm2; 3,2 mm2 e 13,9%, respectivamente). O aumento da densidade média da placa à Angio-TC 64 foi significativamente associado com o aumento da contribuição percentual dos componentes cálcio denso e núcleo necrótico ao USIC-HV. O aumento da densidade média da placa à Angio-TC 64 foi significativamente associado com a diminuição da contribuição percentual do componente fibro-lipídico ao USIC-HV. Parâmetros de qualidade da imagem (atenuação luminar, ruído da atenuação luminar e relação sinal ruído) influenciaram significativamente os resultados da Angio-TC 64. Conclusão: Nosso estudo demonstra que as imagens da Angio-TC 64 se correlacionam significativamente com as imagens do USIC-HV. Estes achados indicam que a Angio-TC 64 pode ser uma ferramenta útil para a avaliação quantitativa da luz arterial e da placa aterosclerótica; bem como para a avaliação da composição da placa aterosclerótica in vivo / Background: Currently, little is known about the comparative diagnostic performance for coronary assessment of 64-slice multidetector computed tomography (64-MDCT) versus virtual histology intravascular ultrasound technique (VH-IVUS). The present study compares the diagnostic ability of both methods for the evaluation of coronary lumen and vessel wall dimensions as well as plaque composition in a three-vessel whole-artery analysis protocol. Methods and Results: A total of 21 patients with diagnosed obstructive coronary artery disease was included. 64-MDCT was performed within 72 hours before the VH-IVUS examination. Overall, 70 vessels were imaged (3.3 vessels per patient), and divided into 641 subsegments of 4 mm each. A total of 5,972 VH-IVUS cross-sections and 5,233 64-MDCT cross-sections were analyzed. 64-MDCT and VH-IVUS measurements for luminar area, vessel area, arterial wall area (plaque plus media area) and plaque burden were significantly correlated (r-Spearman: 0.81; 0.78; 0.55 e 0.49; respectively - p<0,001 for all correlations). 64-MDCT underestimated VH-IVUS measurements for luminar area (median: 0.4mm2, range: -5.6 mm2 to 10,2 mm2). 64-MDCT overestimated VH-IVUS measurements for vessel area, arterial wall area, and plaque burden (median: 3.0 mm2; 3.2 mm2 e 13.9%, respectively). Increasing plaque density at 64-MDCT was significantly associated with increasing dense calcium and necrotic core percent composition at VH-IVUS. Increasing plaque density at 64-MDCT was significantly associated with decreasing fibrofatty percent composition, and decreasing necrosis-to-calcium ratio at VH-IVUS. Image quality parameters (i.e. lumen attenuation, image noise, signal-to-noise ratio) significantly influenced the results of 64-MDCT. Conclusion: Our study shows that 64-MDCT imaging significantly correlates with VH-IVUS. These findings indicate that 64-MDCT may be a useful non-invasive tool for quantitative evaluation of lumen and plaque parameters, as well as for the in vivo assessment of atherosclerotic plaque composition

O objetivo da Estratégia de Recrutamento Máximo (ERM) guiada pela TC de tórax é minimizar a quantidade de colapso alveolar e os mecanismos de lesão induzida pela ventilação mecânica (VILI). Os objetivos deste trabalho são comparar por meio da análise quantitativa das imagens obtidas pela TC durante ERM, em pacientes com SDRA, os seguintes parâmetros: colapso, hiperdistensão Tidal Recruitment (TR), Tidal Stretch (TS) e a distribuição de ar nos pulmões Métodos - Doze pacientes foram transportados para a sala de TC e seqüências de imagens foram obtidas durante a pausa expiratória e inspiratória ao longo da ERM. A ERM consistiu em ventilação modo Pressão Controlada com diferencial fixo de pressão 15 cmH2O e elevações progressivas da PEEP de 10 - 45 cmH2O (fase de recrutamento) e titulação da PEEP (25 - 10 cmH2O) FR=10 - 15 irpm, relação I:E 1:1 e FiO2 1.0. Os pulmões foram divididos em quatro regiões de acordo com o eixo esterno - vertebral (1 anterior e 4 posterior) Resultados - A idade media da população estudada foi de 46 ± 20,5 anos e cerca de 92% dos pacientes tinham SDRA de origem primária. Com o objetivo de manter o recrutamento alcançado pela ERM foram necessários níveis elevados de PEEP média de 23,7 ± 2,3 cmH2O. A relação PaO2/FiO2 aumentou de 131,6 ± 37,6 para 335,9±58,7 (p<0,01) após a titulação da PEEP. A quantidade de colapso global diminuiu de 54 ± 8% (P10pré) para 4,8 ± 6% (P45) (p<0,01), e em P25pós foi mantido em níveis baixos 6,7 ± 6% (p=1,0). Em relação ao TR global, diminuiu de P10pre (4 ± 4%) para P45 (1 ± 1%) (p=0,029), e também foi mantido em níveis baixos após a titulação da PEEP em P25pós (p=1,0). Quanto à hiperdistensão, houve aumento estatisticamente significativo entre P10pré e P45 (p=0,032), embora em termos absolutos este aumento foi inferior a 5%. A comparação entre P25pré e P25pós revelou que não houve diferença entre eles (p=1,0). Não houve aumento do Tidal Hyperinflation entre P10pré e P45 (p=0,95). O Tidal Stretch também diminuiu durante a ERM e foi mantido em níveis baixos em P25pós, semelhantes aos observados em P45. Em P10pre durante pausa expiratória, quase 80% do ar se localizava distribuído na metade anterior dos pulmões. Durante ERM a distribuição de ar foi progressivamente em direção à metade posterior, até que em P25pós atingiu quase 40% (p<0,01). Discussão - A análise tomográfica detalhada destes 12 pacientes portadores de SDRA apresentou como principais resultados que a Estratégia de Recrutamento Máximo guiada por TC de tórax reduziu de forma significativa a quantidade de colapso pulmonar global, de Tidal Recruitment, de Tidal Stretch sem, no entanto, intensificar significativamente a geração de hiperdistensão. Foram necessários níveis elevados de PEEP (cerca de 25 cmH2O em média) para a manutenção do recrutamento adquirido e para garantir distribuição mais homogênea do ar nos pulmões. A elevação da PEEP de 10 cmH2O pra 20 cmH2O, sem a realização de manobra de recrutamento, pode exacerbar os mecanismos de VILI ao invés de diminuí-los. A ERM não promove aumento relevante da hiperdistensão, frente à imensa contribuição na redução do colapso e dos outros mecanismos de VILI. Conclusões - A ERM e titulação da PEEP guiados pela TC de tórax diminuiu significativamente a quantidade de colapso pulmonar, Tidal Recruitment e Tidal Stretch, sem no entanto, aumentar significativamente a hiperdistensão. A ERM também promoveu distribuição de ar mais homogênea no parênquima pulmonar. / The goal of Maximal Recruitment Strategy (MRS) guided by thoracic CT scan is to minimize alveolar collapse and the mechanisms of ventilator induced lung injury (VILI). The objectives of this study were to compare by quantitative analyzes of CT scan image of the lungs obtained during MRS of patients with ARDS, the following parameters: collapse, overdistension, Tidal Recruitment (TR), Tidal Stretch (TS) and the gas distribution throughout the lungs. Methods - Twelve patients were transported to the CT room and sequences of CT scan at expiratory and inspiratory pauses were performed during MRS. MRS consisted of 2 min steps of tidal ventilation with fixed deltaPCV=15 cmH2O and progressive increments in PEEP levels (recruitment 10 - 45 cmH2O) and PEEP titration (25 - 10 cmH2O). RR=10 - 15 bpm, I:E ratio 1:1, and FiO2 1.0. The lungs were divided in 4 regions according to the sternum-vertebral axis (1 anterior and 4 posterior). Results - The mean age of the studied population was 46 ± 20,5 y.o., and 92% of the patients ad primary ARDS. In order to sustain recruitment obtained by MRS, mean PEEP levels of 23,7 ± 2,3 cmH2O were necessary and PaO2/FiO2 ratio increased from 131,6 ± 37,6 to 335,9±58,7 (p<0,01) after MRS and PEEP titration. Global collapse decreased from 54 ± 8% (P10pre) to 4,8 ± 6% (P45) (p<0,01), and was sustained at similar levels at P25post 6,7 ± 6% (p=1,0). Global TR also decreased from P10pre (4 ± 4%) to P45 (1 ± 1%) (p=0,029), and was sustained with the same levels at P25post (p=1,0). Regarding overdistension there was statistically significant increment from P10pre to P45 (p=0,032), although in absolute terms the increment was very low < 5%, and P25pre and P25post were identical (p=1,0). There was no increment of Tidal Hyperinflation from P10pre to P45 (p=0,95). TS also decrease during MRS and was maintained at low levels similar to P45 at titrated PEEP (P25post). At P10pre almost 80% of the air at FRC was located at anterior regions. During MRS the distribution of air was directed towards the posterior regions and at P25post was almost 40% (p<0,01). Discussion - The tomographic analysis revealed that during MRS there was a significantly reduction of pulmonary collapse, Tidal Recruitment and Tidal Stretch, without increasing significantly overdistension. High levels of PEEP were necessary to sustain recruitment obtained during MRS and homogeneous gas distribution throughout the lung parenchyma. When PEEP was increased from P10pre to P20pre there was an increment in TR and TS, without a significantly reduction in absolute mass of collapsed lung, suggesting that it may exacerbate the mechanisms of VILI. MRS does not promote relevant overdistention when balanced by its effects on reduction of the mechanisms of VILI. Conclusions - MRS and PEEP titration guided by CT scan decreased significantly lung collapse, Tidal Recruitment and Tidal Stretch, without increasing significantly overdistension. MRS also promoted a homogeneous gas distribution throughout the lung parenchyma.