Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 447552.pdf: 4224320 bytes, checksum: 456d05e40b6e8b81bfbe9822a9d4d73d (MD5) Previous issue date: 2013-03-26 / This thesis describes a new human balance analysis instrument for studies on the physiology of the vestibular system, support for diagnostics, patient evolution in treatment and in the adaptation process of physiotherapy and vestibular disorders. Various techniques used to evaluate balance are subjective, imprecise and invasive. In the present work, a device has been developed to objectively measure human balance in a non-invasive manner with adequate precision. The objectives of this thesis were: (1) to improve image processing techniques, (2) to reduce equipment production costs, (3) to facilitate portability, (4) to develop a robust, scalable and easily maintained software architecture. The vestibular system is located in the inner ear, and it is responsible for maintaining balance. The vestibular system is composed mainly of a network of tubes called semicircular canals, which are stimulated by selective head movements. Through vestibular-motor reflexes, eye movements are induced which correspond to head movement. The images of the eye movements are acquired by video cameras, under infrared illumination. The cameras are mounted to glasses isolated from external light developed for the purposes of this research. The camera images are digitalized by an external capture card and processed in real time by an algorithm developed to, frame by frame, locate the center of the pupil. The location of the center of the pupil in response to the vestibulo-ocular stimulus is plotted into a graph, to then be interpreted by a medical specialist. The tests carried out prove the efficiency and robustness of the algorithm in calculating the center of the pupil with a broad range of variations. The tests include a number of variations of the pupil and elliptical eye distortions with additional reflections occasioned by sources of illumination. All tests had a negligible error, thus proving their efficiency and meeting their objective. / Este trabalho descreve um novo instrumento de an?lise do equil?brio humano para o estudo da fisiologia do sistema vestibular, apoio ao diagn?stico, evolu??o do paciente no processo adaptativo de fisioterapia e transtornos do sistema vestibular. V?rias t?cnicas utilizadas para avaliar o equil?brio s?o subjetivas, imprecisas e invasivas. Neste trabalho foi desenvolvido um equipamento para medir objetivamente o equil?brio humano de modo n?o invasivo e com precis?o adequada. As metas deste trabalho foram: (1) Aperfei?oar as t?cnicas de processamento de imagens, (2) Reduzir os custos de produ??o do equipamento, (3) Facilitar sua mobilidade, (4) Desenvolver uma arquitetura de software robusta, escal?vel e de f?cil manuten??o. O sistema vestibular localiza-se no ouvido interno, sendo respons?vel pela manuten??o do equil?brio. O sistema vestibular ? principalmente composto por uma rede de tubos chamados canais semicirculares, os quais s?o estimulados por movimentos seletivos da cabe?a. Atrav?s do reflexo vest?bulo-motor, s?o induzidos movimentos oculares correspondentes ao movimento de cabe?a realizado. As imagens dos movimentos oculares foram adquiridas por c?meras de v?deo, sob ilumina??o infravermelha. As c?meras foram adaptadas em um ?culos com isolamento de luz externa desenvolvido para propiciar este trabalho. As imagens das c?meras s?o digitalizadas por uma placa de captura externa e processadas em tempo real por um algoritmo desenvolvido para, quadro a quadro, localizar o centro da pupila. A localiza??o do centro da pupila em resposta ao est?mulo vest?buloocular ? representada graficamente, para interpreta??o pelo m?dico especialista. Os testes realizados comprovam a efici?ncia e robustez do algoritmo no c?lculo de centro de pupila nas suas mais diversas varia??es. Os testes abrangem as mais diversas varia??es da pupila e distor??es el?pticas oculares com o adicional de reflexos ocasionados por fontes de ilumina??o. Todos os testes obtiveram erro, desprez?vel, comprovando assim sua efici?ncia e cumprindo o seu objetivo.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 449105.pdf: 7344775 bytes, checksum: efab9f6581cb5bf05f96ab065382419a (MD5) Previous issue date: 2012-06-06 / Advances in Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) technology have made possible the integration of millions of transistors into a small area, allowing the increase of circuits' density. In more detail, technology scaling caused the reduction of the transistors' delay, which has resulted in a signi cantly performance improvement of Integrated Circuits (ICs). Furthermore, the increase in the integration level of ICs allowed the development of ICs able to include an increasing number of functions, which in turn increased signi cantly their complexity. In parallel, the rapidly increasing need to store more information results in the fact that the Static Random Access Memory (SRAM) can occupy great part of the System-on-Chip (SoC) silicon area. This is con rmed by the SIA Roadmap which forecasts a memory density approaching 94% of the SoC area in about 10 years [1]. Consequently, memory has become the main responsible of the overall SoC area. However, the reduction of transistor size has introduced several reliability concerns that need to be a ronted by the adoption of di erent optimization techniques. In this context it is important to highlight the phenomenon known as Negative Bias Temperature Instability (NBTI), which a ects the reliability of the ICs along their lifes. Speci cally in the SRAMs NBTI causes degradation of the Static Noise Margim(SNM) which a ects the storage capacity of the memory cells. In this context, the main goal of this thesis is to specify, implement, validate and evaluate a hardware-based technique able to monitor the aging of SRAM cells in order to guarantee their reliability of during the lifetime. The proposed technique is based on an on-chip sensor capable of monitoring dynamic power consumption of the cells during write operations in order to compare them with the value set as default to a new cell. Finally, the proposed methodology has been functionally validated and its e ciency has been evaluated based on the analysis of its monitoring and detection capabilities and from the analysis of the introduced overheads as well as its immunity to the manufacturing process variation. / A miniaturiza??o da tecnologia Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) tornou poss?vel a integra??o de milh?es de transistores em um ?nico Circuito Integrado (CI) aumentando assim, a densidade dos mesmos. Em mais detalhes, essa miniaturiza??o resultou em signi cativos avan?os tecnol?gicos devido fundamentalmente ? diminui??o do delay do transistor o que, por sua vez, acarretou no aumento da performance dos CIs devido ao aumento na freq??ncia de opera??o dos mesmos. Al?m disso, a aumento no n?vel de integra??o dos CIs possibilitou o desenvolvimento de CIs capazes de agregarem um n?mero cada vez maior de fun??es aumentando signi cativamente a complexidade dos mesmos. Em paralelo, o r?pido aumento na necessidade de armazenar um volume cada vez maior de informa??o resultou no fato de que Static Random Access Memories (SRAMs) ocupam hoje grande parte da ?rea de sil?cio de um System-on-Chip (SoC). A SIA Rodamap prev? que em 10 anos cerca 94% da ?rea de um SoC ser? dedicada ? mem?ria [1]. Entretanto, essa miniaturiza??o gerou v?rios problemas, relacionados ? con abilidade, que devem ser afrontados atrav?s do uso de diferentes t?cnicas que visam ? otimiza??o de CIs. Neste contexto, ? importante salientar o fen?meno conhecido com Negative Bias Temperature Instability (NBTI) que afeta a con abilidade do CI em longo prazo, ou seja, durante a sua vida ?til. Especi camente em SRAMs o NBTI provoca a degrada??o da Static Noise Margim (SNM) o que, por sua vez afeta a capacidade de armazenamento das c?lulas de mem?ria. Neste contexto, esta disserta??o de mestrado tem como principal objetivo a especi ca??o, implementa??o, valida??o e avalia??o de uma metodologia baseada em hardware para o monitoramento do n?vel de envelhecimento de c?lulas de SRAMs a m de garantir a con abilidade das mesmas durante a sua vida ?til. A metodologia proposta consiste na inser??o de um sensor capaz de monitorar o consumo de pot?ncia din?mica das c?lulas durante as opera??es de escrita a m de compar?-los com os valores de nidos como padr?o para uma c?lula n?o envelhecida. Finalmente, a metodologia proposta ser? validada funcionalmente e sua e ci?ncia ser? avaliada a partir da an?lise da sua capacidade de monitoramento e detec??o bem como, a partir dos overheads de ?rea, performance e imunidade a variabilidade do processo de fabrica??o.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 388696.pdf: 2220643 bytes, checksum: d64a335c6a256aec19a33ba57aa3f792 (MD5) Previous issue date: 2006-12-15 / O aumento de cargas n?o lineares conectadas aos sistemas de pot?ncia tem levado a uma revis?o geral dos conceitos e das vari?veis aplic?veis na avalia??o dos sistemas de pot?ncia para situa??es em que tens?es e correntes n?o sejam senoidais. Em paralelo, mudan?as nas normas existentes, assim como o aparecimento de novas normas, tem criado a necessidade de novos procedimentos de medi??o. No presente trabalho um algoritmo para obten??o de vari?veis em sistemas monof?sicos e trif?sicos, de acordo com a Norma IEEE 1459-2000, ? proposto. Alguns conceitos fundamentais relacionados a sistemas de pot?ncia em regime senoidal, no que diz respeito ?s rela??es entre as diversas vari?veis medidas, s?o apresentados, tendo sido inclu?das considera??es sobre algumas limita??es de aplicabilidade dos mesmos em situa??es n?o senoidais. Um resumo das principais defini??es e conceitos propostos Norma IEEE 1459-2000, assim como nas Normas IEC 61000-4-7 e IEC 61000-4- 30, ? tamb?m apresentado. Desenvolvidos a partir dos conceitos propostos na Norma IEEE 1459-2000, mas considerando a aplica??o para sinais amostrados, os procedimentos e equa??es para a obten??o das diversas grandezas s?o mostrados e comentados. Simula??es e resultados obtidos em medi??es reais a partir da aplica??o dos procedimentos desenvolvidos, incluindo an?lise de erros, s?o tamb?m expostos e discutidos. ? demonstrado que, considerando certas limita??es, os procedimentos desenvolvidos podem ser aplicados em medidores digitais visando propiciar que os mesmos forne?am valores das novas grandezas proposta

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 457597.pdf: 3990726 bytes, checksum: 94b05b4e17141dcac3ac568f5c299a53 (MD5) Previous issue date: 2014-01-15 / Wireless technology is present nowadays in several applications from simple systems as residential automations to complex implementations such as nuclear plants. Networks intended to work with wireless sensors are denominated wireless network sensors as in the case of this work, which uses analog and meteorological data. With the proposal of efficiency with low energy consumption, this work presents the development of a system which accomplishes the acquisition and storage of data collected from a meteorological station using a wireless sensors network open platform. The main objective of this monitoring system is the pursuit of energy efficiency (ie, the best possible performance with low power consumption) and the reduced cost of acquisition, installation and maintenance of the system in the field. With this purposed,, the module nRF24L is conceptually presented, focusing on the communication protocol among modules, where the same device performs the function of receiver and transmitter. This system was developed for application on the Cryosphere, because this is an environment that offers unique features such as low temperature, unobstructed views and difficult to access for maintainability / collection of monitored data. Practical results measured in laboratory are compared to a standard commercial weather station, which serves as a benchmark to validate the proposed system. / A tecnologia de redes de sensores sem fio (RSSFs) est? presente atualmente em diversas aplica??es, desde simples sistemas como automatiza??es residenciais at? complexas implementa??es como, por exemplo, usinas nucleares. As redes destinadas a trabalharem com sensores s?o denominadas de redes de sensores sem fio como o caso do trabalho em quest?o que utiliza dados anal?gicos e meteorol?gicos. O trabalho proposto teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema que realiza a aquisi??o e o armazenamento de dados de grandezas meteorol?gico-clim?ticos utilizando uma rede de sensores sem fio de plataforma aberta. O objetivo principal deste sistema de monitoramento ? a busca da efici?ncia energ?tica (isto ?, o melhor desempenho poss?vel com baixo consumo de energia) e o reduzido custo de aquisi??o, montagem e manuten??o do sistema em campo. Para tanto, o m?dulo nRF24 ? apresentado conceitualmente, focando na forma de comunica??o entre os m?dulos, onde um ?nico dispositivo nRF24 assume a fun??o de receptor e transmissor. Este sistema foi desenvolvido para aplica??o na Criosfera, por ser este um ambiente que apresenta caracter?sticas peculiares como baixa temperatura, vistas sem obst?culos e de dif?cil acesso para manute??o/coleta dos dados monitorados. Os resultados pr?ticos medidos em laborat?rio s?o comparados aos de uma esta??o meteorol?gica comercial padr?o, a qual serve como refer?ncia para validar o sistema proposto.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 458791.pdf: 3669979 bytes, checksum: ae987aef3866993412581decd95a00df (MD5) Previous issue date: 2014-01-16 / The development of a measurement system for the measurement of ground reaction forces can provide important information about human physical performance and the health of the locomotor system, as well as the magnitude and form of application of these forces on different surfaces. However, the majority of commercially available force plates have major limitations in respect of their lack of portability and ability to send data for interpretation and analysis using wireless technology. The purpose of this work is to develop a Measurement System with Reaction Forces Ground (SMFRS) portable that uses wireless communication allowing data transmission in real time. The methodology of work includes a development phase and a test phase components. The developed platform combined structure rigidity and low weight, being composed of the following systems: signal conditioner, for amplification and filtering of signals; data acquisition device USB6009, for analog-to-digital conversion of the signals collected by the data acquisition card; communication module operated through Bluetooth connection. Preliminary testing demonstrated adequate connectivity of the force plate. Further testing is required to assess its sensitivity and accuracy. It is believed that this system is capable of the remote measurement of ground reaction forces, whilst still retaining portability. This system has potential for application in the areas of aerospace, clinical and sports biomechanics, allowing, for example, the evaluation of ground reaction forces during human gait studies in simulated hypogravity. / O desenvolvimento de um sistema de medi??o das for?as verticais de rea??o com o solo pode trazer informa??es importantes sobre o desempenho f?sico humano, a sa?de do aparelho locomotor, bem como a magnitude e a forma de aplica??o dessas for?as em diferentes superf?cies. H?, por?m, uma grande limita??o da maioria das plataformas de for?a comercialmente dispon?veis no que diz respeito ? sua portabilidade e ao envio de dados por tecnologia sem fio para interpreta??o e an?lise. A proposta deste trabalho ? desenvolver um Sistema de Medi??o das For?as de Rea??o com o Solo (SMFRS) port?til que utilize comunica??o sem fio permitindo o envio dos dados em tempo real. A metodologia do trabalho compreende uma fase de desenvolvimento e uma fase de teste dos componentes. A plataforma desenvolvida combina rigidez da estrutura e baixo peso, sendo composta pelos seguintes sistemas: condicionador de sinais, para amplifica??o e filtragem dos sinais; dispositivo de aquisi??o de dados USB6009, para convers?o anal?gico-digital dos sinais coletados pela placa de aquisi??o; e m?dulo de comunica??o por meio de conex?o Bluetooth. Os testes preliminares mostraram que a Plataforma apresenta conectividade adequada, sendo que testes posteriores avaliar?o sua sensibilidade e precis?o. Acredita-se que esse sistema ? capaz de medir as for?as de rea??o com o solo de forma remota, permitindo ainda sua portabilidade. As aplica??es desse sistema envolvem as ?reas da biomec?nica esportiva, cl?nica e aeroespacial, possibilitando, por exemplo, a avalia??o das for?as de rea??o com o solo durante estudos da marcha humana em simula??es de hipogravidade.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 458958.pdf: 7355419 bytes, checksum: 8a2fa20967c4240f1bb187644d3207a4 (MD5) Previous issue date: 2013-12-19 / Vision is one of the most important senses of man. Many diseases that affect the sense of vision are related to the retina. Some of these diseases specifically affecting the photoreceptors, light-sensitive cells that is the first stage of vision. The examinations of dark adaptation have motivated interest in the study of mechanisms of retinal diseases. This exam directly accesses the functions of the photoreceptors by noninvasive methods. The technique consists in measuring the time to recovery of sensitivity of the retina after exposing the retina to a controlled amount of light. The dark adaptometry equipment is used to monitor the response of these cells to a light stimulus and then reveal some deficiency in the operation. This work describes the procedures, calculations, measurements and verifications necessary for the calibration of an existing dark adaptometer. This equipment was developed in the Image Laboratory at PUCRS, led by Professor Dario Azevedo, Ph.D. from a modified fundus camera. This dark adaptometer is able to test localized regions of the retina, while visualizing the regions of interest, and therefore compensating for any eye movements. For calibration of dark adaptometer, various calculations based on literature review was conducted. After using instruments such as spectrometer, radiometer, and light meter luminometer dark adaptometer was calibrated. The operation of each block that makes up this instrument was checked. Measurements of illuminance values of the light stimulus, retinal luminance attenuation of dark adaptometer, attenuation imposed by optical fiber, was observed throughout the range of attenuation filters (0 dB to 60 dB), also checked the operation of the wheels were made and a shutter that filters are controlled by the motor steps. The dark adaptometer met all specifications, i.e., the values set in the calculations in this work has been achieved. / A vis?o ? um dos mais importantes sentidos do homem. Muitas doen?as que afetam o sentido da vis?o est?o relacionadas com a retina. Algumas dessas doen?as afetam especificamente os fotorreceptores, c?lulas sens?veis ? luz, que ? o primeiro est?gio da vis?o. Os exames de adapta??o ao escuro t?m motivado o interesse no estudo de mecanismos de doen?as de retina. Esse exame acessa diretamente as fun??es dos fotorreceptores por m?todos n?o invasivos. A t?cnica consiste, em medir o tempo de recupera??o da sensitividade da retina, depois de expor a retina a uma quantidade controlada de luz. Um equipamento de adaptometria ao escuro ? utilizado para monitorar a resposta destas c?lulas a um est?mulo luminoso e ent?o revelar alguma defici?ncia no funcionamento. Neste trabalho, est?o descritos os procedimentos, c?lculos, medidas e verifica??es necess?rias para a calibra??o de um adapt?metro de escuro j? existente. Este equipamento foi desenvolvido no Laborat?rio de Imagens da PUCRS, liderado pelo professor Dario Azevedo Ph.D. a partir de uma c?mera de fundus modificada. Este adapt?metro de escuro ? capaz de testar, de forma localizada, regi?es da retina permitindo, a crit?rio do examinador testar e mapear exclusivamente as regi?es que forem do seu interesse e compensar eventuais movimentos oculares. Para a calibra??o do adapt?metro de escuro, foi realizados diversos c?lculos com base na revis?o bibliogr?fica. Ap?s, utilizando instrumentos como espectrofot?metro, espectroradi?metro, lux?metro e luminanc?metro o adapt?metro de escuro foi calibrado. Foi verificado o funcionamento de cada bloco que comp?e este instrumento. Foram realizadas as medidas dos valores de ilumin?ncia do est?mulo luminoso, lumin?ncia retinal, atenua??es do adapt?metro de escuro, atenua??o impostas pela fibra ?ptica, foi verificado toda a faixa de atenua??o dos filtros (0 dB at? 60 dB), tamb?m verificado o funcionamento das rodas de filtros e do shutter que s?o comandados pelos motores de passos. O adapt?metro de escuro atendeu todas as especifica??es, ou seja, os valores definidos nos c?lculos neste trabalho foram atingidos.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 459325.pdf: 2898170 bytes, checksum: 16df18a4b13e444ddaa394a95eaebeae (MD5) Previous issue date: 2014-03-21 / The use of Real-Time Operating System (RTOS) became an attractive solution to design safety-critical real-time embedded systems. At the same time, we enthusiasti-cally observe the widespread use of multicore processors in an endless list of our daily applications. It is also a common agreement the increasing market pressure to reduce power consumption under which these embedded, portable systems have to operate. As the major consequence, these systems are becoming more and more sensitive to transi-ent faults originated from a large spectrum of noisy sources such as conducted and radi-ated Electromagnetic Interference (EMI) and ionizing radiation (single-event effect: SEE and total-ionizing dose: TID). Therefore, the system s reliability degrades. In this work, we discuss the development and validation of an Infrastructure-Intellectual Prop-erty (I-IP) able to monitor the RTOS activity in a multicore processor system-on-chip. The final goal is to detect faults that corrupt the task scheduling process in embedded systems based on preemptive RTOS. Examples of such faults could be those that pre-vent the processor from attending an interruption of higher priority, tasks that are strict-ly allocated to run on a given core, but are running on another one, or even the execu-tion of low-priority tasks that are passed over high-priority ones in the ready-task list maintained on-the-fly by the RTOS. This I-IP, namely RTOS-Watchdog, was described in VHDL and is connected to each of the processor CPU-Addresses busses. The RTOS Watchdog has a parameterizable interface to easily fit any processor bus. A case-study based on a multicore processor running different test programs under the control of a typical preemptive RTOS was implemented. The case-study was prototyped in a Xilinx Virtex4 FPGA mounted on a dedicated platform (board plus con-trol software) fully developed at the Computing Signals & Systems Group (SiSC) [1] of the Catholic University (PUCRS). For validation, the whole system was exposed to combined effects of EMI and TID. Such experiments were performed in several steps, part of them carried out at PUCRS, Brazil, and part at the Instituto Nacional de Tecnolog?a Industrial (INTI) and Centro At?mico, both located in the city of Buenos Aires, Argentina. The obtained results demonstrate that the proposed approach provides higher fault coverage and reduced fault latency when compared to the native fault detec-tion mechanisms embedded in the kernel of the RTOS. / O uso de sistemas operacionais de tempo real (Real-Time Operating Systems, RTOS), tornou-se uma solu??o atrativa para o projeto de sistemas embarcados cr?ticos de tempo real. Ao mesmo tempo, observamos com entusiasmo o amplo uso de proces-sadores multicores em uma lista intermin?vel de nossas aplica??es di?rias. ? tamb?m um acordo comum a crescente press?o do mercado para reduzir o consumo de energia em que estes sistemas port?teis embarcados necessitam para operar. A principal conse-qu?ncia ? que estes sistemas est?o se tornando cada vez mais suscet?veis ? falhas transi-entes originadas por um amplo espectro de fontes de ru?dos como Interfer?ncia Eletro-magn?tica (Electromagnetic Interference, EMI) conduzida e irradiada e radia??o ioni-zante (single-event transient: SET e total-ionizing dose: TID). Portanto, a confiabilidade destes sistemas ? degradada. Nesta disserta??o, discute-se o desenvolvimento e valida-??o de um I-IP (Infrastructure-Intellectual Property) capaz de monitorar a atividade do RTOS em um processador multicore. O objetivo final ? detectar falhas que corrompem o processo de escalonamento de tarefas em sistema sistemas embarcados baseados em RTOS preemptivos. Como exemplo destas falhas podem ser aquelas que impedem o processador de atender uma interrup??o de alta prioridade, tarefas alocadas para serem executadas por um determinado n?cleo, mas que s?o executadas por outro n?cleo, ou at? a execu??o de tarefas de baixa prioridade enquanto houver tarefas de alta prioridade na lista de tarefas prontas atualizada dinamicamente pelo RTOS. Este I-IP, chamado RTOS Watchdog, foi descrito em VHDL e ? conectado ao Barramento de Endere?os da CPU em cada n?cleo do processador. O RTOS Watchdog possui uma interface parame-triz?vel de modo a facilitar a adapta??o a qualquer processador. Um estudo de caso baseado em um processador multicore executando diferen-tes benchmarks sob o controle de um RTOS preemptivo t?pico foi desenvolvido. O es-tudo de caso foi prototipado em uma FPGA Xilinx Virtex4 montada em uma plataforma dedicada (placa mais software de controle) totalmente desenvolvida no Grupo Compu-ting Signals & Systems (SiSC) [1] da Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul (PUCRS). Para a valida??o, todo o sistema foi exposto aos efeitos combinados de EMI e TID. Estes experimentos foram realizados em diversos passos, parte deles foram realizados na PUCRS, Brasil e parte no Instituto Nacional de Tecnologia Industrial (INTI) e Centro At?mico, ambos na cidade de Buenos Aires, Argentina. Os resultados demonstram que a abordagem proposta fornece uma maior cobertura de falhas e lat?ncia de falhas reduzida quando comparados aos mecanismos de detec??o de falhas nativos embarcados no kernel do RTOS.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 460260.pdf: 4336940 bytes, checksum: dca359fe8c5ae44e193444e9c8fcfd08 (MD5) Previous issue date: 2014-04-30 / Missions to Mars and return astronauts to the Moon may be true in the near future, which will expose them upon hypogravity environments. Some techniques are applied to simulate gravitational force reduced to prepare the crew to better adapt to those environments. This study aimed to develop a prototype of a lower body positive pressure (LBPP), as an alternative to the simulations currently used. This device is able to unload a volunteer on a physical exercise device, creating a hypogravity environment, simulating the human gait, for studies in space physiology. For development of the LBPP was necessary planning since its conception until the final prototype with functionality testing. A control system has been implemented for closed-loop pressure control. Equipment were identified and adapted such as blower, frequency inverter to control the blower, sensors (pressure, temperature and humidity), load cells to measure apparent weight of volunteer, microcontroller, treadmill for gait simulation and Neoprene short for connection of volunteer to a Neoprene membrane. Equipment and instrumentation were also developed to integrate and facilitate the system. Was developed the main chamber of a flexible PVC material, a metallic structure for height adjustment. Also was developed the instrumentation of load cells, as well as instrumentations of the sensors to adapt and read by the microcontroller. Furthermore it was necessary to develop software for data acquisition, the instrumentation of the blower and the frequency inverter to digital control by the microcontroller and an emergency circuit to ensure safety operation of the equipment. Experimental results shown that the LBPP is able to reduce the apparent weight of a load with similar weight values on Mars and the Moon, reaching the goal, where it was possible to verify that the pressure ratio and apparent weight is inversely proportional, which confirmed the theory. / Miss?es tripuladas para Marte e o retorno a Lua poder?o concretizar-se em um futuro pr?ximo, onde ir?o expor os astronautas a ambientes de hipogravidade. T?cnicas de redu??o da for?a gravitacional s?o aplicadas como medidas para prepara??o da tripula??o a uma melhor adapta??o a tais ambientes. O presente trabalho objetivou desenvolver um prot?tipo funcional de uma c?mara de press?o positiva (CPP), sendo uma alternativa ?s simula??es utilizadas atualmente. Tal dispositivo ? capaz de diminuir o peso aparente do volunt?rio sobre um sistema de exerc?cios f?sicos, gerando um ambiente de hipogravidade para estudos em fisiologia espacial. Para o desenvolvimento da CPP foi necess?rio um planejamento desde sua idealiza??o at? o prot?tipo final com testes de funcionalidade. Primeiramente foi idealizado um sistema de controle em malha-fechada para o controle da press?o. Para isso foram identificados e adaptados diversos equipamentos como soprador, inversor de frequ?ncia para o controle do soprador, sensores de press?o, temperatura e umidade, c?lulas de carga para mensurar o peso aparente do volunt?rio, microcontrolador, esteira ergom?trica para simula??o da marcha em hipogravidade e um short para conectar o volunt?rio ? membrana de Neoprene. Equipamentos e instrumenta??o tamb?m foram desenvolvidos para integrar e viabilizar o sistema. Foi desenvolvida uma c?mara composta de material flex?vel de PVC, uma estrutura met?lica para ajuste de altura e tamb?m instrumenta??o das c?lulas de carga e dos sensor de press?o, temperatura e umidade para adapta??o e leitura pelo microcontrolador. Al?m disso foi necess?ria o desenvolvimento de um software para aquisi??o de dados a instrumenta??o do soprador e do inversor de frequ?ncia para o controle digital do microcontrolador e um circuito de emerg?ncia para garantir a seguran?a do volunt?rio. Resultados experimentais mostram que a CPP ? capaz de diminuir o peso aparente de uma carga com valores semelhantes ao peso em Marte e Lua, atingindo seu objetivo, onde foi poss?vel verificar que a rela??o de press?o e peso aparente ? inversamente proporcional, confirmando a teoria.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 463003.pdf: 2663394 bytes, checksum: 0158a49caa9b116197cb1f3a76c44980 (MD5) Previous issue date: 2014-08-22 / Resting State functional Magnetic Resonance Imaging (rs-fMRI) provides information about the functional connectivity of brain areas. However, prior to calculating the functional connectivity of the brain, there is a choice of several preprocessing steps that need to be selected. A critical source of variation between studies arises from distinct preprocessing approaches prior to the functional connectivity analysis. Therefore, a study to examine the reliability of different methods for pre-processing data from rs-fMRI is necessary. In this study, seven preprocessing strategies were tested and the reliability was evaluated between them in Graph Theoretical (GT). The sample used in this study is from a public database and consists of control subjects. Measures of GT were calculated using different strategies, after applying a method of subdividing the brain into 190 regions of interest. The following measures were calculated: global efficiency, characteristic path length, clustering coefficient and local efficiency. The results indicate that there is a significant difference in measurements of GT depending on the preprocessing strategy selected. It was also found that noise estimation parameters are correlated with GT measures. Moreover, it is observed that the level of thresholding chosen in the connectivity matrix can affect the measurements of GT, therefore further studies regarding this topic are needed. It was concluded, based on the sample used in this work that the method of scrubbing by outliers could increase the reliability of measurements of GT and reduce dependence on the movement of the patient's head. / A Resson?ncia Magn?tica Funcional no estado de repouso (rs-fMRI, do ingl?s resting state functional Magnetic Resonance) permite obter informa??es a respeito das ?reas de conectividade funcional do c?rebro. Por?m, a visualiza??o dessa conectividade s? ? poss?vel ap?s aplicar uma s?rie de etapas de processamento de imagens antes que se possa avaliar a conectividade cerebral. Considerando a limita??o na quantifica??o dos dados de rs-fMRI, e sabendo que uma fonte de varia??o cr?tica para a compara??o entre os estudos ? o fato de cada um deles remover, incluir ou mudar par?metros nos passos de pr?-processamento de rs-fMRI, ? necess?rio um estudo para analisar a confiabilidade de diferentes metodologias de pr?processamento de dados de rs-fMRI. Para tanto, a Teoria dos Grafos (TG) foi utilizada como par?metro final para avaliar a conectividade. Neste presente trabalho, foram testadas sete estrat?gias de pr?-processamento e foi avaliada a confiabilidade entre elas quando s?o feitas medidas de TG. A amostra utilizada neste trabalho ? de uma base de dados p?blica e ? composta por indiv?duos controle. As medidas de TG foram calculadas nas diferentes estrat?gias, ap?s aplicar um m?todo de parcelamento do c?rebro em 190 regi?es. Foram calculadas as seguintes medidas: efici?ncia global, comprimento do caminho caracter?stico, coeficiente de agrupamento e efici?ncia local. Os resultados indicaram que existe uma diferen?a significativa nas medidas de teoria dos grafos quando o pr?-processamento ? feito de diferentes maneiras. Foi encontrado tamb?m que par?metros de estimativa de ru?do s?o correlacionados com as medidas de TG. Al?m disso, observa-se que o n?vel de limiariza??o escolhido na matriz de conectividade pode afetar significativamente as medidas de TG, sendo necess?rio um estudo mais aprofundado a respeito deste tema. Concluiu-se, baseado na amostra utilizada neste trabalho, que o m?todo de scrubbing por outliers pode aumentar a confiabilidade das medidas de TG e reduzir a sua depend?ncia com o movimento da cabe?a do paciente.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 462943.pdf: 4086036 bytes, checksum: 8b6abefa3b76b3bc43dbf4ca084a593b (MD5) Previous issue date: 2014-08-25 / In clinical practice, PET/CT images are often analyzed qualitatively by visual comparison of tumor lesions and normal tissues uptake; and semi-quantitatively by means of a parameter called SUV (Standardized Uptake Value). To ensure that longitudinal studies acquired on different scanners are interchangeable, and information of quantification is comparable, it is necessary to establish a strategy to harmonize the quantification of SUV. The aim of this study is to evaluate the strategy to harmonize the quantification of PET/CT images, performed with different scanner models and manufacturers. For this purpose, a survey of the technical characteristics of equipment and acquisition protocols of clinical images of different services of PET/CT in the state of Rio Grande do Sul was conducted. For each scanner, the accuracy of SUV quantification, and the Recovery Coefficient (RC) curves were determined, using the reconstruction parameters clinically relevant and available. From these data, harmonized performance specifications among the evaluated scanners were identified, as well as the algorithm that produces, for each one, the most accurate quantification. Finally, the most appropriate reconstruction parameters to harmonize the SUV quantification in each scanner, either regionally or internationally were identified. It was found that the RC values of the analyzed scanners proved to be overestimated by up to 38%, particularly for objects larger than 17mm. These results demonstrate the need for further optimization, through the reconstruction parameters modification, and even the change of the reconstruction algorithm used in each scanner. It was observed that there is a decoupling between the best image for PET/CT qualitative analysis and the best image for quantification studies. Thus, the choice of reconstruction method should be tied to the purpose of the PET/CT study in question, since the same reconstruction algorithm is not adequate, in one scanner, for qualitative and quantitative assessments in different scopes. We concluded that the harmonization strategy of the SUV quantification presented in this paper was effective in reducing the variability of small structures quantification. However, for the comparison of SUV quantification between different scanners and institutions, it is essential that, in addition to the harmonization of quantification, the standardization of the methodology of patient preparation is maintained, in order to minimize the SUV variability due to biological factors. / Na rotina cl?nica, imagens de PET/CT, costumam ser analisadas qualitativamente, mediante a compara??o visual entre a capta??o nos tecidos hipercaptantes e nos tecidos normais; e, semiquantitativamente, por meio de um par?metro denominado SUV (do ingl?s Standardized Uptake Value). Para garantir que estudos longitudinais adquiridos em distintos equipamentos sejam intercambi?veis e informa??es de quantifica??o sejam compar?veis, torna-se necess?rio o estabelecimento de uma estrat?gia de harmoniza??o da quantifica??o do SUV. O objetivo geral deste estudo ? avaliar uma estrat?gia de harmoniza??o da quantifica??o de imagens de PET/CT, realizada com equipamentos de diferentes modelos e fabricantes. Para tanto, foi realizado um levantamento das caracter?sticas t?cnicas do equipamento e dos protocolos de aquisi??o das imagens cl?nicas de distintos servi?os de PET/CT do estado do Rio Grande do Sul. Para cada equipamento, foram determinadas a acur?cia da quantifica??o do SUV e as curvas de Coeficiente de Recupera??o (RC, do ingl?s Recovery Coefficient), utilizando os par?metros de reconstru??o clinicamente dispon?veis e relevantes. A partir desses dados, foram identificadas as especifica??es de desempenho harmoniz?veis dentre os equipamentos avaliados, assim como o algoritmo que produz, em cada equipamento, a quantifica??o mais acurada. Finalmente, foram identificados os par?metros de reconstru??o mais adequados ? harmoniza??o da quantifica??o do SUV em cada equipamento, em ?mbito regional e internacional. Constatou-se que os valores de RC dos equipamentos analisados mostraram-se superestimados em at? 38%, particularmente para objetos de dimens?es maiores do que 17 mm. Estes resultados mostram a necessidade de uma otimiza??o, mediante a modifica??o dos par?metros de reconstru??o utilizados e at? mesmo da mudan?a do algoritmo de reconstru??o utilizado em cada equipamento. Observou-se que existe uma dissocia??o entre a melhor imagem para an?lise qualitativa e a melhor imagem para quantifica??o dos estudos de PET/CT. Assim, a escolha do m?todo de reconstru??o deve estar atrelada ? finalidade do estudo de PET/CT em quest?o, visto que um mesmo algoritmo de reconstru??o n?o se mostra adequado, em um ?nico equipamento, ?s avalia??es qualitativas e quantitativas, em diferentes ?mbitos. Conclui-se que a estrat?gia de harmoniza??o da quantifica??o do SUV apresentada neste trabalho mostrou-se eficaz na redu??o da variabilidade da quantifica??o de pequenas estruturas. Entretanto, para que a quantifica??o do SUV possa ser comparada entre diferentes equipamentos e institui??es, ? fundamental que, al?m da harmoniza??o da quantifica??o, seja mantida a padroniza??o da metodologia de preparo do paciente, visando minimizar a variabilidade atribu?da ao SUV decorrente de fatores biol?gicos.