Handheld image acquisition with real-time vision for human-computer interaction on mobile applications

Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Engenharia Clínica e Instrumentação Médica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019Várias patologias importantes manifestam-se na retina, sendo que estas podem ter origem na própria retina ou então provirem de doenças sistémicas. A retinopatia diabética, o glaucoma e a degeneração macular relacionada com a idade são algumas dessas patologias oculares, e também as maiores causas de cegueira nos países desenvolvidos. Graças à maior prevalência que se tem verificado, tem havido uma aposta cada vez maior na massificação do rastreio destas doenças, principalmente na população mais suscetível de as contrair. Visto que a retina é responsável pela formação de imagens, ou seja, pelo sentido da visão, os componentes oculares que estão localizados anteriormente têm de ser transparentes, permitindo assim a passagem da luz. Isto faz com que a retina e, por sua vez, o tecido cerebral, possam ser examinados de forma não-invasiva. Existem várias técnicas de imagiologia da retina, incluindo a angiografia fluoresceínica, a tomografia de coerência ótica e a retinografia. O protótipo EyeFundusScope (EFS) da Fraunhofer é um retinógrafo portátil, acoplado a um smartphone, que permite a obtenção de imagens do fundo do olho, sem que seja necessária a dilatação da pupila. Utiliza um algoritmo de aprendizagem automática para detetar lesões existentes na retina, que estão normalmente associadas a um quadro de retinopatia diabética. Para além disso, utiliza um sistema de suporte à decisão, que indica a ausência ou presença da referida retinopatia. A fiabilidade deste tipo de algoritmos e o correto diagnóstico por parte de oftalmologistas e neurologistas estão extremamente dependentes da qualidade das imagens adquiridas. A consistência da captura portátil, com este tipo de retinógrafos, está intimamente relacionada com uma interação apropriada com o utilizador. De forma a melhorar o contributo prestado pelo utilizador, durante o procedimento habitual da retinografia, foi desenvolvida uma nova interface gráfica de utilizador, na aplicação Android do EFS. A abordagem pretendida consiste em tornar o uso do EFS mais acessível, e encorajar técnicos não especializados a utilizarem esta técnica de imagem médica, tanto em ambiente clínico como fora deste. Composto por vários elementos de interação, que foram criados para atender às necessidades do protocolo de aquisição de imagem, a interface gráfica de utilizador deverá auxiliar todos os utilizadores no posicionamento e alinhamento do EFS com a pupila do doente. Para além disto, poderá existir um controlo personalizado do tempo despendido em aquisições do mesmo olho. Inicialmente, foram desenhadas várias versões dos elementos de interação rotacionais, sendo posteriormente as mesmas implementadas na aplicação Android. Estes elementos de interação utilizam os dados recolhidos dos sensores inerciais, já existentes no smartphone, para transmitir uma resposta em tempo real ao utilizador enquanto este move o EFS. Além dos elementos de interação rotacionais, também foram implementados um temporizador e um indicador do olho que está a ser examinado. Após a implementação de três configurações com as várias versões dos elementos de interação, procedeu-se à realização dos testes de usabilidade. No entanto, antes desta etapa se poder concretizar, foram realizados vários acertos e correções com a ajuda de um olho fantoma. Durante o planeamento dos testes de usabilidade foi estabelecido um protocolo para os diferentes cenários de uso e foi criado um tutorial com as principais cautelas que os utilizadores deveriam ter aquando das aquisições. Os resultados dos testes de usabilidade mostram que a nova interface gráfica teve um efeito bastante positivo na experiência dos utilizadores. A maioria adaptou-se rapidamente à nova interface, sendo que para muitos contribuiu para o sucesso da tarefa de aquisição de imagem. No futuro, espera-se que a combinação dos dados fornecidos pelos sensores inerciais, juntamente com a implementação de novos algoritmos de reconhecimento de imagem, sejam a base de uma nova e mais eficaz técnica de interação em prática clínica. Além disso, a nova interface gráfica poderá proporcionar ao EFS uma aplicação que sirva exclusivamente para efeitos de formação profissional.Many important diseases manifest themselves in the retina, both primary retinal conditions and systemic disorders. Diabetic retinopathy, glaucoma and age-related macular degeneration are some of the most frequent ocular disorders and the leading causes of blindness in developed countries. Since these disorders are becoming increasingly prevalent, there has been the need to encourage high coverage screening among the most susceptible population. As its function requires the retina to see the outside world, the involved optical components must be transparent for image formation. This makes the retinal tissue, and thereby brain tissue, accessible for imaging in a non-invasive manner. There are several approaches to visualize the retina including fluorescein angiography, optical coherence tomography and fundus photography. The Fraunhofer’s EyeFundusScope (EFS) prototype is a handheld smartphone-based fundus camera, that doesn’t require pupil dilation. It employs advanced machine learning algorithms to process the image in search of lesions that are often associated with diabetic retinopathy, making it a pre-diagnostic tool. The robustness of this computer vision algorithm, as well as the diagnose performance of ophthalmologists and neurologists, is strongly related with the quality of the images acquired. The consistency of handheld capture deeply depends on proper human interaction. In order to improve the user’s contribution to the retinal acquisition procedure, a new graphical user interface was designed and implemented in the EFS Acquisition App. The intended approach is to make the EFS easier to use by non-ophthalmic trained personnel, either in a non-clinical or in a clinical environment. Comprised of several interaction elements that were created to suit the needs of the acquisition procedure, the graphical user interface should help the user to position and align the EFS illumination beam with the patient’s pupil as well as keeping track of the time between acquisitions on the same eye. Initially, several versions of rotational interaction elements were designed and later implemented on the EFS Acquisition App. These used data from the smartphone’s inertial sensors to give real-time feedback to the user while moving the EFS. Besides the rotational interactional elements, a time-lapse and an eye indicator were also designed and implemented in the EFS. Usability tests took place, after three assemblies being successfully implemented and corrected with the help of a model eye ophthalmoscope trainer. Also, a protocol for the different use-case scenarios was elaborated, and a tutorial was created. Results from the usability tests, show that the new graphical user interface had a very positive outcome. The majority of users adapted very quickly to the new interface, and for many it contributed for a successful acquisition task. In the future, the grouping of inertial sensors data and image recognition may prove to be the foundations for a more efficient interaction technique performed in clinical practices. Furthermore, the new graphical user interface could provide the EFS with an application for educational purposes

La investigación del futbol y sus nexos con los estudios de comunicación. Aproximaciones y ejemplos

La investigación del futbol desde las ciencias sociales tuvo un proceso lento a lo largo del siglo xx y los estudios de comunicación también lo abordaron tardíamente. Sin embargo existen vínculos temáticos, conceptuales y metodológicos. El artículo hace una revisión de la literatura más significativa, construye una proble- matización del futbol mediatizado y propone algunos elementos para construir la agenda futura

Analítica de aprendizaje en MOOC mediante métricas dinámicas en tiempo real

Este artículo presenta el diseño y funcionamiento de una experiencia de analítica mediante una plataforma que ofrece métricas dinámicas en tiempo real denominada ?MOOC Dashboard?. La experiencia se ha desarrollado por la Universidad de Southampton y la Universidad Autónoma de Madrid y se ha aplicado al análisis del funcionamiento en los cursos MOOC de la plataforma FutureLearn. El avance de la enseñanza en entornos masivos requiere, entre otras iniciativas, del conocimiento del desempeño del estudiante con respecto al diseño más o menos interactivo que ofrecen estos cursos. La visualización de métricas de aprendizaje y de la huella del estudiante en los cursos permite dinamizar y mejorar los entornos de cursos los MOOC. A través de un enfoque descriptivo-exploratorio se analiza el curso MOOC: ?Digital Marketing: Challenges and Insights? ofrecido por la plataforma FutureLearn? y se presentan los resultados de la aplicación de métricas analíticas dinámicas en tiempo real al desempeño académico de los estudiantes

Nuevos materiales moleculares multifuncionales conmutables con transición de espín

Este trabajo de Tesis Doctoral se centra en la síntesis y caracterización de nuevos materiales moleculares conmutables basados en FeII, los cuales presentan el fenómeno de transición de espín (spin crossover, SCO). El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido el diseño y estudio de nuevos materiales multifuncionales de FeII que combinan el comportamiento SCO con otra propiedad físico-química de interés. La estrecha interrelación entre el fenómeno SCO y dicha propiedad ha sido seguida y estudiada por estudios magnéticos, cristalográficos y calorimétricos, entre otros. El capítulo 1 de esta tesis describe los conceptos teóricos más importantes del fenómeno SCO, donde los centros SCO experimentan una conversión entre los estados HS↔LS (HS: estado de espín alto, LS: estado de espín bajo) en respuesta a una perturbación física externa o un estímulo químico como la variación de la temperatura, presión, irradiación con luz o inclusión de un analito. El cambio en el estado de espín en este tipo de materiales sensibles va acompañado de modificaciones en la estructura cristalina y de sus propiedades físicas importantes (p. ej. propiedades magnéticas, ópticas, dieléctricas). Los objetivos que han inspirado el desarrollo de esta Tesis Doctoral junto con el procedimiento experimental general para la síntesis y caracterización físico-química de los diferentes compuestos presentados también están resumidos en este capítulo. La búsqueda de materiales bifuncionales de base molecular que combinen sinergias SCO-luminiscencia ha atraído un interés sustancial, ya que son plataformas prometedoras para nuevas tecnologías optoelectrónicas de conmutación. En este contexto, el capítulo 2 describe la síntesis y caracterización del compuesto {FeII(bpben)[Au(CN)2]}@pyr (bpben = 1,4-bis(4-piridil)benzeno) funcionalizado con pireno (pyr) como molécula huésped, el cuál representa el primer polímero de coordinación tridimensional de FeII de tipo Hofmann que exhibe propiedades SCO y luminiscencia. Este complejo experimenta un comportamiento SCO cooperativo en varias etapas, que ha sido investigado por difracción de rayos X en monocristal, espectroscopía de absorción UV-Vis en monocristal y medidas magnéticas y calorimétricas. La fluorescencia resultante que proviene de los huéspedes pireno -emisión de monómero- y de las interacciones anfitrión-huésped -emisión del excímero- está controlada por la dependencia de la irradiación térmica y luminosa (efecto LIESST) de la población de los estados de espín alto/bajo del FeII. Por el contrario, el comportamiento SCO puede ser seguido monitoreando la emisión de fluorescencia. Esta interacción ON-OFF entre SCO y luminiscencia, combinada con la facilidad de los compuestos tipo Hofmann para ser procesados a nanoescala, ofrece perspectivas importantes para la generación de sensores basados en SCO y dispositivos espintrónicos. El capítulo 3 profundiza en el estudio de cuatro nuevos compuestos que presentan acoplamiento SCO-fluorescencia. Estos polímeros tridimensionales de coordinación de FeII tipo Hofmann se investigan siguiendo dos estrategias principales: si el agente fluorescente está integrado como parte de la estructura principal de un polímero de coordinación SCO 3D {FeII(bpan)[MI(CN)2]2} (bpan = bis(4-piridil)antraceno, MI = Ag (FebpanAg ), Au (FebpanAu)) o es una molécula invitada insertada dentro de las cavidades de la red conmutable 3D {FeII(bpb)[MI(CN)2]2}·pireno (bpb = bis(4-piridil)butadiino, MI = Ag (FebpbAg·pyr), Au (FebpbAu·pyr)). Esto es muy importante en el desarrollo de otros dispositivos de conmutación óptica y electrónica. Se realizaron medidas magnéticas, calorimétricas, estructurales, de absorción UV-Vis y fluorescencia confirmando la presencia de una interacción SCO-fluorescencia en los compuestos estudiados. Además, se discute la relevancia de la naturaleza intrínseca o extrínseca de la luminiscencia en la eficiencia de la interacción. En el capítulo 4 se presenta la modulación controlada del comportamiento SCO a través de la adsorción-desorción de moléculas invitadas. Para este propósito, la comprensión de los mecanismos por los cuales las propiedades de conmutación de espín son alteradas por las moléculas invitadas es de suma importancia. Aquí, mostramos un enfoque experimental que revela cómo la interacción entre SCO y la química del huésped-invitado se activa notablemente al ajustar químicamente la estructura del anfitrión. Así, el ligando axial 4-fenilpiridina (4-PhPy) en los clatratos de Hofmann 2D {Fe(4-PhPy)2[M(CN)4]} (PhPyM; M = Pt, Pd) se sustituye por 2,4-bipiridina (2,4-Bipy), dando lugar a los compuestos isomorfos {Fe(2,4-Bipy)2[M(CN)4]} (BipyM; M = Pt, Pd), que básicamente difieren de los primeros en que tienen un heteroátomo N no coordinado en el sustituyente aromático auxiliar, es decir, 2-piridil en lugar de fenil. Nuestras caracterizaciones químicas, magnéticas, calorimétricas y estructurales demuestran que este sutil cambio en la composición química provoca modificaciones sobresalientes no solo en la capacidad de adsorber pequeñas moléculas invitadas como agua o metanol, sino también en la medida en que estas moléculas invitadas afectEste trabajo de Tesis Doctoral se centra en la síntesis y caracterización de nuevos materiales moleculares conmutables basados en FeII, los cuales presentan el fenómeno de transición de espín (spin crossover, SCO). El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido el diseño y estudio de nuevos materiales multifuncionales de FeII que combinan el comportamiento SCO con otra propiedad físico-química de interés. La estrecha interrelación entre el fenómeno SCO y dicha propiedad ha sido seguida y estudiada por estudios magnéticos, cristalográficos y calorimétricos, entre otros. El capítulo 1 de esta tesis describe los conceptos teóricos más importantes del fenómeno SCO, donde los centros SCO experimentan una conversión entre los estados HS↔LS (HS: estado de espín alto, LS: estado de espín bajo) en respuesta a una perturbación física externa o un estímulo químico como la variación de la temperatura, presión, irradiación con luz o inclusión de un analito. El cambio en el estado de espín en este tipo de materiales sensibles va acompañado de modificaciones en la estructura cristalina y de sus propiedades físicas importantes (p. ej. propiedades magnéticas, ópticas, dieléctricas). Los objetivos que han inspirado el desarrollo de esta Tesis Doctoral junto con el procedimiento experimental general para la síntesis y caracterización físico-química de los diferentes compuestos presentados también están resumidos en este capítulo. La búsqueda de materiales bifuncionales de base molecular que combinen sinergias SCO-luminiscencia ha atraído un interés sustancial, ya que son plataformas prometedoras para nuevas tecnologías optoelectrónicas de conmutación. En este contexto, el capítulo 2 describe la síntesis y caracterización del compuesto {FeII(bpben)[Au(CN)2]}@pyr (bpben = 1,4-bis(4-piridil)benzeno) funcionalizado con pireno (pyr) como molécula huésped, el cuál representa el primer polímero de coordinación tridimensional de FeII de tipo Hofmann que exhibe propiedades SCO y luminiscencia. Este complejo experimenta un comportamiento SCO cooperativo en varias etapas, que ha sido investigado por difracción de rayos X en monocristal, espectroscopía de absorción UV-Vis en monocristal y medidas magnéticas y calorimétricas. La fluorescencia resultante que proviene de los huéspedes pireno -emisión de monómero- y de las interacciones anfitrión-huésped -emisión del excímero- está controlada por la dependencia de la irradiación térmica y luminosa (efecto LIESST) de la población de los estados de espín alto/bajo del FeII. Por el contrario, el comportamiento SCO puede ser seguido monitoreando la emisión de fluorescencia. Esta interacción ON-OFF entre SCO y luminiscencia, combinada con la facilidad de los compuestos tipo Hofmann para ser procesados a nanoescala, ofrece perspectivas importantes para la generación de sensores basados en SCO y dispositivos espintrónicos. El capítulo 3 profundiza en el estudio de cuatro nuevos compuestos que presentan acoplamiento SCO-fluorescencia. Estos polímeros tridimensionales de coordinación de FeII tipo Hofmann se investigan siguiendo dos estrategias principales: si el agente fluorescente está integrado como parte de la estructura principal de un polímero de coordinación SCO 3D {FeII(bpan)[MI(CN)2]2} (bpan = bis(4-piridil)antraceno, MI = Ag (FebpanAg ), Au (FebpanAu)) o es una molécula invitada insertada dentro de las cavidades de la red conmutable 3D {FeII(bpb)[MI(CN)2]2}·pireno (bpb = bis(4-piridil)butadiino, MI = Ag (FebpbAg·pyr), Au (FebpbAu·pyr)). Esto es muy importante en el desarrollo de otros dispositivos de conmutación óptica y electrónica. Se realizaron medidas magnéticas, calorimétricas, estructurales, de absorción UV-Vis y fluorescencia confirmando la presencia de una interacción SCO-fluorescencia en los compuestos estudiados. Además, se discute la relevancia de la naturaleza intrínseca o extrínseca de la luminiscencia en la eficiencia de la interacción. En el capítulo 4 se presenta la modulación controlada del comportamiento SCO a través de la adsorción-desorción de moléculas invitadas. Para este propósito, la comprensión de los mecanismos por los cuales las propiedades de conmutación de espín son alteradas por las moléculas invitadas es de suma importancia. Aquí, mostramos un enfoque experimental que revela cómo la interacción entre SCO y la química del huésped-invitado se activa notablemente al ajustar químicamente la estructura del anfitrión. Así, el ligando axial 4-fenilpiridina (4-PhPy) en los clatratos de Hofmann 2D {Fe(4-PhPy)2[M(CN)4]} (PhPyM; M = Pt, Pd) se sustituye por 2,4-bipiridina (2,4-Bipy), dando lugar a los compuestos isomorfos {Fe(2,4-Bipy)2[M(CN)4]} (BipyM; M = Pt, Pd), que básicamente difieren de los primeros en que tienen un heteroátomo N no coordinado en el sustituyente aromático auxiliar, es decir, 2-piridil en lugar de fenil. Nuestras caracterizaciones químicas, magnéticas, calorimétricas y estructurales demuestran que este sutil cambio en la composición química provoca modificaciones sobresalientes no solo en la capacidad de adsorber pequeñas moléculas invitadas como agua o metanol, sino también en la medida en que estas moléculas invitadas afectan las características SCO. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones finales de esta tesis doctoral. Finalmente, se incluye un apéndice con todos los artículos científicos que han dado lugar a esta tesis doctoral.This thesis dissertation deals with the synthesis and characterization of new switchable FeII molecular based materials that display the spin crossover (SCO) phenomenon. The main goal of the present Doctoral Thesis has been the design of new multifunctional FeII materials that combine the SCO behavior with other interesting physico-chemical properties. The close interplay between SCO and the second property has been followed and studied by magnetic, crystallographic and calorimetric measurements, among others. Chapter one describes the most relevant theoretical concepts of the SCO phenomena, where SCO centers experience HS↔LS spin conversion between the high-spin (HS) and the low-spin (LS) states in response to external physical or chemical stimuli like a variation of temperature, pressure, irradiation with light or inclusion of analytes. The spin-state switch in these responsive materials is accompanied by changes in relevant physical properties (e.g. magnetic, optical, dielectric) and structure. The main motivations that have inspired the development of this Doctoral Thesis together with the general experimental procedure for the synthesis and physico-chemical characterization of the different, herein presented, compounds are also summarized in this chapter. The search for robust bifunctional molecular based materials combining SCO-luminiscence synergies have attracted substantial interest since they are promising platforms for new switching optoelectronic technologies. In this context, chapter two describes the synthesis and characterization of the compound {FeII(bpben)[Au(CN)2]}@pyr (bpben = 1,4-bis(4-pyridyl)benzene) functionalized with pyrene (pyr) as guest molecules, which represents the first three-dimensional FeII Hofmann-type coordination polymer exhibiting SCO properties and luminescence. This complex undergoes a cooperative multi-step SCO, which has been investigated by single crystal X-ray diffraction, single crystal UV-Vis absorption spectroscopy, and magnetic and calorimetric measurements. The resulting fluorescence arising from the pyrene guests -monomer emission- and from host-guest interactions -exciplex emission- is controlled by the thermal and light irradiation (LIESST effect) dependence of the high/low-spin state population of FeII. Conversely, the SCO can be tracked by monitoring the fluorescence emission. This ON-OFF interplay between SCO and luminescence combined with the amenability of Hofmann-type materials to be processed at the nano-scale afford important perspectives for the generation of SCO-based sensors, actuators and spintronic devices. Chapter three deepens into the coupling SCO-fluorescence investigating four new three-dimensional FeII Hofmann-type coordination polymers following two main strategies: whether the fluorescent agent is integrated as a part of the main structure of a 3D SCO coordination polymer {FeII(bpan)[MI(CN)2]2} (bpan = bis(4-pyridyl)anthracene, MI = Ag (FebpanAg), Au (FebpanAu)) or is a guest molecule inserted within the cavities of the 3D switchable framework {FeII(bpb)[MI(CN)2]2}·pyrene (bpb = bis(4-pyridyl)butadiyne, MI = Ag (FebpbAg·pyr), Au (FebpbAu·pyr)), as a research of new multifunctional materials, which undergoing SCO and luminescent properties. This is extremely important in the development of further optical and electronic switching devices. The magnetic, calorimetric, structural, UV-Vis absorption and fluorescent characterizations were performed confirming the occurrence of a SCO-fluorescence interplay in the studied compounds. Moreover, the relevance of the intrinsic or extrinsic nature of the luminescence on the efficiency of the interplay is discussed on the basis of the available information. Chapter four introduces the controlled modulation of the SCO behavior through the sorption−desorption of invited molecules. For this purpose, understanding the mechanisms by which the spin-switching properties are altered by guest molecules is of paramount importance. Here, we show an experimental approach revealing a direct probe of how the interplay between SCO and host−guest chemistry is noticeably activated by chemically tuning the host structure. Thus, the axial ligand 4-phenylpyridine (4-PhPy) in the 2D Hofmann clathrates {Fe(4-PhPy)2[M(CN)4]} (PhPyM; M = Pt, Pd) is replaced by 2,4-bipyridine (2,4-Bipy), resulting in the isomorphous compounds {Fe(2,4-Bipy)2[M(CN)4]} (BipyM; M = Pt, Pd), which basically differ from the former in that they have a noncoordinated N heteroatom in the ancillary aromatic substituent, i.e., 2-pyridyl instead of phenyl. Our chemical, magnetic, calorimetric, and structural characterizations demonstrate that this subtle chemical composition change provokes outstanding modifications not only in the capability to adsorb small guests as water or methanol but also in the extent to which these guests affect the SCO characteristics. Chapter five assembles the general conclusions of this doctoral thesis. Finally, it is enlisted an appendix gathering all peer reviewed scientific articles that have led to this Doctoral Thesis

Debate sobre el proyecto de nueva regulación del aborto

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