http://hdl.handle.net/20.500.11816/1898 2026-06-23T15:21:13Z http://hdl.handle.net/20.500.11816/5016 Unveiling Earth’s Secrets: Bridging Geophysics and Forensic Sciences in Criminal Investigations Ferreira, Ema Alexandra da Conceição Os dispositivos explosivos enterrados continuam a representar um risco significativo em contextos europeus, tornando o desenvolvimento de métodos de deteção fiáveis e seguros uma prioridade crítica. Esta revisão sistemática avalia a eficácia e a eficiência de técnicas geofísicas na deteção de dispositivos explosivos enterrados em ambientes europeus reais ou simulados. Foi realizada uma pesquisa sistemática nas bases de dados IEEE Xplore e SpringerLink até 8 de julho de 2025. Foram incluídos estudos experimentais que aplicaram técnicas geofísicas e reportaram métricas quantitativas de desempenho. A seleção dos estudos foi realizada de forma independente por três revisores, e os resultados foram sintetizados de forma narrativa devido à variabilidade metodológica. Foram incluídos oito estudos. A magnetometria alcançou as taxas de deteção mais elevadas (até 96%) e demonstrou maior eficácia na deteção de alvos mais profundos, especialmente aqueles com propriedades ferromagnéticas. Métodos baseados em radar, particularmente o radar de penetração no solo (GPR), atingiram taxas de deteção entre 70% e 90%, com desempenho influenciado pelas condições do solo e pela configuração do sistema. Abordagens combinadas que integram múltiplos sensores reduziram os falsos positivos, mantendo um bom desempenho de deteção. Nenhuma técnica isolada superou consistentemente as restantes em todas as condições. O GPR demonstrou maior flexibilidade em ambientes diversos, enquanto a magnetometria foi mais eficaz na deteção de alvos metálicos mais profundos. De forma geral, as abordagens combinadas revelam-se promissoras, embora a variabilidade metodológica evidencie a necessidade de maior normalização no desenho experimental e nas métricas de desempenho.; A deteção de dispositivos explosivos enterrados, tais como minas terrestres, engenhos explosivos não detonados (UXO) e dispositivos explosivos improvisados (IED), continua a constituir um desafio técnico e humanitário significativo, particularmente em contextos europeus recentes. Este estudo avaliou o desempenho do radar de penetração no solo (GPR) na deteção de dispositivos explosivos inertes enterrados, considerando a influência de diferentes frequências de antena (250 MHz e 500 MHz), profundidades de enterramento (10–70 cm), orientações (horizontal e vertical) e condições ambientais (verão e inverno). Para o efeito, foi realizado um estudo experimental controlado num campo de treino em Portugal, onde 15 dispositivos inertes foram enterrados em solo franco-arenoso. As campanhas de aquisição de dados foram realizadas em diferentes momentos e sob condições sazonais contrastantes, tendo os resultados sido posteriormente processados e analisados com recurso a radargramas 2D. Os resultados mostram que a antena de 500 MHz apresentou, de um modo geral, melhor desempenho, com taxas de deteção até 93%, devido à sua maior resolução, particularmente na deteção de alvos de menor dimensão. Em contraste, a antena de 250 MHz demonstrou maior estabilidade e capacidade de penetração, revelando-se eficaz na deteção de alvos de maiores dimensões. Verificou-se ainda que as condições ambientais influenciam significativamente o desempenho, com taxas de deteção mais elevadas no verão (até 93%) em comparação com o inverno (até 87%), devido ao aumento da humidade do solo e consequente atenuação do sinal. Conclui-se que o desempenho do GPR depende da interação de múltiplos fatores, nomeadamente a frequência da antena, as propriedades do solo e as condições ambientais. Este estudo evidencia a importância de abordagens experimentais controladas, mas realistas, contribuindo para a otimização de metodologias de deteção de dispositivos explosivos enterrados em contextos europeus específicos.; Buried explosive devices remain a significant risk in European contexts, making the development of reliable and safe detection methods a critical priority. This systematic review evaluates the effectiveness and efficiency of geophysical techniques for detecting buried explosive devices in real or simulated European environments. A systematic search was conducted in the IEEE Xplore and SpringerLink databases up to 8 July 2025. Experimental studies applying geophysical techniques and reporting quantitative performance metrics were included. Study selection was performed independently by three reviewers, and results were synthesised narratively due to methodological variability. Eight studies were included. Magnetometry achieved the highest detection rates (up to 96%) and demonstrated greater effectiveness in detecting deeper targets, especially those with ferromagnetic properties. Radar-based methods, particularly ground-penetrating radar (GPR), achieved detection rates ranging from 70% to 90%, with performance influenced by soil conditions and system configuration. Combined approaches integrating multiple sensors reduced false positives while maintaining good detection performance. No single technique consistently outperformed others under all conditions. GPR showed greater flexibility across diverse environments, whereas magnetometry was more effective for deeper metallic targets. Overall, combined approaches appear promising, although methodological variability highlights the need for greater standardisation in experimental design and performance metrics.; The detection of buried explosive devices, such as landmines, unexploded ordnance, and improvised explosive devices, remains a significant technical and humanitarian challenge, particularly in recent European contexts. This study evaluated the performance of ground-penetrating radar (GPR) in detecting buried inert explosive devices, considering the influence of different antenna frequencies (250 MHz and 500 MHz), burial depths (10-70 cm range), orientations (horizontal and vertical), and environmental conditions (summer and winter). To this end, a controlled experimental study was conducted at a training site in Portugal, where 15 inert devices were buried in sandy loam soil. Data acquisition campaigns were conducted at different times and under contrasting seasonal conditions, and the results were subsequently processed and analysed using 2D radargrams. The results show that the 500 MHz antenna generally achieved better performance, with detection rates of up to 93%, due to its higher resolution, particularly in the detection of smaller targets. In contrast, the 250 MHz antenna demonstrated greater stability and penetration, proving effective at detecting larger targets. Environmental conditions were also found to significantly influence performance, with higher detection rates in summer (up to 93%) compared to winter (up to 87%), due to increased soil moisture and consequent signal attenuation. It can be concluded that GPR performance depends on the interaction of multiple factors, namely antenna frequency, soil properties, and environmental conditions. This study highlights the importance of controlled yet realistic experimental approaches, contributing to the optimisation of methodologies for detecting buried explosive devices in specific European contexts. 2026-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/20.500.11816/4979 Ballistic Gelatin Biodegradation Analysis Lopes, Beatriz Isabel da Silva A gelatina balística é amplamente reconhecida como o simulante de tecidos moles de referência na investigação balística de âmbito forense, biomédico e de defesa. No entanto, a elevada variabilidade nos procedimentos de preparação, calibração, armazenamento e divulgação tem levantado preocupações relevantes quanto à comparabilidade metodológica, reprodutibilidade e validade científica dos estudos. Esta dissertação aborda estas limitações através de uma abordagem dupla, combinando uma revisão sistemática da literatura com um estudo experimental focado na estabilidade e preservação da gelatina balística. A revisão sistemática, conduzida de acordo com as diretrizes PRISMA 2020, analisou estudos experimentais publicados entre 2004 e 2025 que utilizaram gelatina balística ou simulantes alternativos de tecidos moles. Os resultados evidenciaram uma marcada heterogeneidade na formulação da gelatina, força Bloom, concentração, geometria dos moldes, controlo da temperatura, condições de acondicionamento e procedimentos de calibração. Estas inconsistências afetam significativamente os parâmetros de desempenho balístico, incluindo a profundidade de penetração, o yaw do projétil e a formação da cavidade temporária. Embora os simulantes sintéticos apresentem vantagens práticas, frequentemente não conseguem reproduzir propriedades biomecânicas essenciais dos tecidos reais e carecem, muitas vezes, de métodos de calibração fiáveis, limitando a sua aplicabilidade em contexto forense e médico-legal. O estudo experimental investigou o impacto das condições de armazenamento, da preservação química e das práticas de manuseamento na integridade estrutural e na contaminação microbiana da gelatina balística a 10% do tipo A. Os resultados demonstraram que a gelatina não tratada sofre uma biodegradação rápida, particularmente à temperatura ambiente, enquanto a adição de ácido propiónico, combinada com armazenamento refrigerado a 4 °C, preserva eficazmente a estabilidade estrutural por, pelo menos, dois meses, sem comprometer os critérios de calibração balística. A análise microbiológica identificou a contaminação por bactérias proteolíticas como um fator determinante na degradação da gelatina, não tendo a desinfeção dos projéteis revelado efeito significativo nos resultados de preservação. Em síntese, esta dissertação reforça o estatuto da gelatina balística, quando corretamente formulada e calibrada, como o simulante de tecidos moles mais fiável para ensaios balísticos, destacando, simultaneamente, a importância crítica da padronização dos protocolos de preparação, calibração e preservação. Os resultados sustentam a implementação de estratégias de conservação validadas e sublinham a necessidade de normas internacionais que promovam uma maior reprodutibilidade e robustez científica na investigação balística.; Ballistic gelatin is widely recognized as the reference soft-tissue simulant in forensic, biomedical, and defense-related ballistic research. Nevertheless, substantial variability in preparation, calibration, storage, and reporting practices has raised concerns regarding methodological comparability, reproducibility, and scientific validity. This dissertation addresses these limitations through a twofold approach, combining a systematic review of the literature with an experimental study focused on gelatin stability and preservation. The systematic review, conducted in accordance with PRISMA-2020 guidelines, analyzed experimental studies published between 2004 and 2025 that employed ballistic gelatin or alternative soft-tissue simulants. The findings revealed marked heterogeneity in gelatin formulation, bloom strength, concentration, mold geometry, temperature control, ageing conditions, and calibration procedures. Such inconsistencies significantly affect ballistic performance parameters, including penetration depth, projectile yaw, and temporary cavity formation. Although synthetic simulants offer practical advantages, they frequently fail to replicate key biomechanical properties of real tissue and often lack reliable calibration methods, limiting their forensic and medicolegal applicability. The experimental study investigated the impact of storage conditions, chemical preservation, and handling practices on the structural integrity and microbial contamination of 10% type A ballistic gelatin. The results demonstrated that untreated gelatin undergoes rapid biodegradation, particularly at room temperature, whereas the incorporation of propionic acid combined with refrigerated storage at 4 ºC effectively preserves structural stability for at least two months without compromising ballistic calibration standards. Microbial analysis identified proteolytic bacterial contamination as a primary factor in gelatin degradation, while projectile disinfection showed no significant effect on preservation outcomes. Overall, this dissertation reinforces the status of properly formulated and calibrated ballistic gelatin as the most reliable soft-tissue simulant for ballistic testing, while highlighting the critical importance of standardized preparation, calibration, and preservation protocols. The findings support the implementation of validated conservation strategies and emphasize the need for international standards to improve reproducibility and robustness in ballistic research. 2026-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/20.500.11816/4951 Exploring the toxicological effects of 3 chloromethcathinone (3-CMC) in Daphnia magna António, João Valério Solundo Catinonas sintéticas (Scat) são consideradas contaminantes ambientais emergentes devido ao seu alto consumo e à subsequente excreção, permitindo que entrem em águas superficiais através dos sistemas de esgoto. Descargas diretas de laboratórios clandestinos também são fontes potenciais de Scat em águas superficiais. Estudos demonstraram os efeitos nocivos da Scat em organismos não alvo e na saúde humana. No entanto, a diversidade de Scat é grande e novos compostos são frequentemente encontrados. A 3-clorometicatinona (3-CMC) é uma catinona sintética quiral, disponível como racemato. Pode ocorrer no ambiente como racemato ou com enriquecimento enantiomérico, dependendo do processo de metabolização humana enantiosseletiva e/ou biodegradação. Até onde sabemos, estudos sobre sua potencial toxicidade humana e ambiental são escassos. Assim, utilizamos Daphnia magna, um modelo aquático, para estudar os efeitos biológicos da 3-CMC. Ensaios de imobilização aguda de 48 h foram realizados e um valor de CE50 de 26 mg L-1 foi determinado. Subsequentemente foi realizado um ensaio sub-crónico por 9 dias em concentrações subletais (1%, 1,25% e 2% de CE50, correspondendo a 260, 325 e 520 μg L-1), e diversos alvos para determinação da toxicidade, como comportamento de natação, morfofisiologia, reprodução e parâmetros bioquímicos foram avaliados. Uma diminuição significativa na distância total percorrida foi observada, na concentração mais alta, entretanto, não foram observadas diferenças significativas no tempo ativo ou na velocidade de nado. Em relação aos efeitos morfofisiológicos, um aumento significativo no tamanho corporal foi observado em todas as concentrações. Da mesma forma, um aumento significativo na área e no comprimento do coração também foi observado, ainda na concentração mais baixa, e nenhuma alteração foi registrada em concentrações mais altas ou na frequência cardíaca. Não foram observadas alterações significativas nos parâmetros reprodutivos. Um aumento significativo nos níveis de substâncias reativas com ácido tiobarbitúrico (TBARS) foi observado em todas as concentrações testadas, indicando stress oxidativo e peroxidação lipídica. No entanto, não foram observadas alterações significativas nas atividades da catalase (CAT) e da acetilcolinesterase (AChE) ou nos níveis de espécies reativas de oxigénio (ROS). Esses resultados fornecem novas evidências sobre os pontos alvo de toxicidade da 3-CMC, demonstrando que essa substância pode interferir nos parâmetros morfofisiológicos, afetando o crescimento corporal, a área cardíaca e o comportamento natatório em concentrações subletais. Embora essas alterações possam estar relacionadas a alterações bioquímicas subjacentes, estudos futuros para uma compreensão mais abrangente dos mecanismos de ação da 3-CMC, incluindo a expressão genética, devem ser considerados.; Synthetic cathinones (Scat) are considered emerging environmental contaminants because of their high consumption and subsequent excretion, allowing them to enter surface waters through the sewage systems. Direct discharges from clandestine laboratories are also potential sources of Scat into surface waters. Studies have demonstrated the hazardous effects of Scat on non-target organisms and human health. However, the diversity of Scat is large, and new compounds are often found. The 3-chloromethcathinone (3-CMC) is a chiral synthetic cathinone, available as a racemate. It can occur in the environment as both racemate or with enantiomeric enrichment, depending on enantioselective human metabolization and/or biodegradation process. To the best of our knowledge, studies on its potential human and environmental toxicity are scarce. Thus, we used Daphnia magna, an aquatic model, to study 3-CMC biological effects. A 48-h acute immobilization test was performed, and an EC50 value of 26 mg L-1 was determined. A subchronic test was performed for 9 days at sublethal concentrations (1%, 1.25% and 2% of EC50, corresponding to 260, 325 and 520 μg L-1), and diverse endpoints for determination of toxicity, such as swimming behavior, morphophysiology, reproduction and biochemical parameters were evaluated. A significant decrease in the total distance traveled was observed, at the highest concentration; however, no significant differences in active time or swimming speed were observed. Regarding the morphophysiological effects, a significant increase in body size was observed at all concentrations. Similarly, a significant increase in heart area and length was also observed, yet at the lowest concentration and no changes were registered at higher concentration or heart rate. No significant changes in reproductive parameters were observed. A significant increase in thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) levels was noted at all concentrations tested, indicating oxidative stress and lipidic peroxidation, however, no significant changes were observed for catalase (CAT) and acetylcholinesterase (AChE) activities or reactive oxygen species (ROS) levels. These results provide new insights into 3-CMC toxicity endpoints, demonstrating that this substance can interfere with morphophysiological parameters by affecting body growth, heart area, and swimming behavior at sublethal concentrations. Although these changes may be linked to underlying biochemical changes, future studies for a more comprehensive understanding of 3-CMC mechanisms of action, including gene expression should be considered. 2025-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/20.500.11816/4949 Validação de um novo método comparativo entre imagens 2D e scâneres intraorais 3D na identificação humana Freire, Rui Xavier dos Santos Pedro Abreu A identificação humana constitui um dos principais objetivos da Antropologia e da Medicina Dentária Forenses. Embora métodos tradicionais, como a análise do perfil genético e das impressões digitais, sejam altamente eficazes, nem sempre são aplicáveis em todas as circunstâncias. Nestes casos, a dentição assume um papel fundamental. Com o avanço tecnológico, especialmente no domínio da Inteligência Artificial (IA), têm surgido novas ferramentas capazes de processar grandes volumes de dados, com elevado grau de precisão e aplicáveis mesmo em amostras degradadas. O gold standard para a identificação em Medicina Dentária Forense continua a ser a radiografia. No entanto, as imagens intraorais em 3D têm vindo a ser cada vez mais utilizadas nas clínicas dentárias, impulsionadas pela evolução tecnológica e pela maior acessibilidade dos scâneres ao público. Esta realidade abre a possibilidade de obter imagens intraorais 3D precisas de vítimas num curto espaço de tempo. Contudo, a ausência de imagens 3D antemortem levanta a questão de saber se outros registos bidimensionais, como radiografias ou fotografias, poderiam ser comparados com imagens 3D postmortem. O presente estudo propõe a validação de dois métodos inovadores que combinam a análise comparativa das imagens 2D com escaneamento intraorais 3D de alta resolução, recorrendo a IA. A metodologia envolveu a análise de uma amostra de 142 indivíduos, com imagens 2D e escaneamentos intraorais 3D de cada um. O primeiro método teve como objetivo principal a utilização dos pontos de referência (landmarks) marcados em ambas as imagens, 2D e 3D, para posterior comparação por sobreposição, com vista à identificação humana. As imagens foram segmentadas e os landmarks dentários foram marcados usando o software Skeleton-id. O segundo método baseou-se na delimitação e sobreposição da linha oclusal, com recurso às ferramentas GIMP (para 2D) e SculptGL (para 3D). A interpretação dos dados foi realizada por algoritmos de IA, utilizando abordagens baseadas em landmarks e em regiões, com o objetivo de sobrepor modelos 3D a fotografias 2D para classificar o seu respetivo nível de semelhança. Para este efeito, foi necessário o desenvolvimento de um software capaz de medir a precisão na correspondência dos landmarks, aprimorando assim a exatidão do processo. Os resultados mostraram a elevada utilidade destes métodos, apesar dos diversos desafios surgidos durante o processo, como a perceção da localização dos landmarks nas ortopantomogramas, quer por parte do operador, quer pela IA, e a oclusão de landmarks nas imagens 2D, fatores que aumentavam a margem de erro. Esta pesquisa destacou as vantagens de se focar em tecidos duros (dentes), devido à sua elevada resistência aos diferentes fatores de degradação, em comparação com métodos que dependem de tecidos moles. Em suma, a inteligência artificial está a transformar a investigação forense, tornando os processos de identificação mais rápidos, fiáveis e precisos. O futuro da identificação forense deverá integrar a combinação de diversas tecnologias emergentes, incluindo a inteligência artificial, com o objetivo de reforçar a eficiência e a precisão dos métodos já existentes. A colaboração e a interdisciplinaridade entre diferentes áreas científicas serão cada vez mais determinantes para enfrentar os desafios futuros e promover uma justiça mais rigorosa e equitativa.; Human identification constitutes one of the main objectives of Forensic Anthropology and Forensic Dentistry. Although traditional methods, such as genetic profiling and fingerprint analysis, are highly effective, they are not always applicable in all circumstances. In such cases, dentition plays a fundamental role. With technological advances, especially in the field of Artificial Intelligence (AI), new tools have emerged that are capable of processing large volumes of data with a high degree of accuracy and can even be applied to degraded samples. The gold standard for identification in Forensic Dentistry continues to be radiography. However, 3D intraoral images have been increasingly used in dental clinics, driven by technological progress and the growing accessibility of scanners to the public. This development opens up the possibility of obtaining precise 3D intraoral images of victims within a short period of time. Nevertheless, the absence of antemortem 3D images raises the question of whether other two-dimensional records, such as radiographs or photographs, could be compared with postmortem 3D images. The present study proposes the validation of two innovative methods that combine comparative analysis of 2D images with high-resolution 3D intraoral scans, using AI. The methodology involved the analysis of a sample of 142 individuals, each with both 2D images and 3D intraoral scans. The first method aimed to use reference points (landmarks) marked on both 2D and 3D images for subsequent overlay comparison, in order to achieve human identification. The images were segmented, and the dental landmarks were marked using the Skeleton-id software. The second method was based on the delineation and superimposition of the occlusal line, using GIMP tools for 2D and SculptGL for 3D images. Data interpretation was performed by AI algorithms using both landmark-based and region-based approaches, with the goal of overlaying 3D models onto 2D photographs to classify their respective levels of similarity. For this purpose, software was developed to measure the accuracy of landmark correspondence, thereby improving the precision of the process. The results demonstrated the high usefulness of these methods, despite several challenges encountered during the process, such as the perception of landmark locations on orthopantomograms, both by the operator and by AI, and the occlusion of landmarks in 2D images, factors that increased the margin of error. This research emphasized the advantages of focusing on hard tissues (teeth), due to their high resistance to various degradation factors, compared to methods that rely on soft tissues. In summary, Artificial Intelligence is transforming forensic research, making identification processes faster, more reliable, and more accurate. The future of forensic identification is likely to integrate a combination of emerging technologies, including AI, in order to enhance the efficiency and precision of existing methods. Collaboration and interdisciplinarity among different scientific fields will be increasingly essential to address future challenges and promote a more rigorous and equitable justice system. 2025-01-01T00:00:00Z