324 research outputs found

    On motion in dynamic magnetic resonance imaging: Applications in cardiac function and abdominal diffusion

    Get PDF
    La imagen por resonancia magnética (MRI), hoy en día, representa una potente herramienta para el diagnóstico clínico debido a su flexibilidad y sensibilidad a un amplio rango de propiedades del tejido. Sus principales ventajas son su sobresaliente versatilidad y su capacidad para proporcionar alto contraste entre tejidos blandos. Gracias a esa versatilidad, la MRI se puede emplear para observar diferentes fenómenos físicos dentro del cuerpo humano combinando distintos tipos de pulsos dentro de la secuencia. Esto ha permitido crear distintas modalidades con múltiples aplicaciones tanto biológicas como clínicas. La adquisición de MR es, sin embargo, un proceso lento, lo que conlleva una solución de compromiso entre resolución y tiempo de adquisición (Lima da Cruz, 2016; Royuela-del Val, 2017). Debido a esto, la presencia de movimiento fisiológico durante la adquisición puede conllevar una grave degradación de la calidad de imagen, así como un incremento del tiempo de adquisición, aumentando así tambien la incomodidad del paciente. Esta limitación práctica representa un gran obstáculo para la viabilidad clínica de la MRI. En esta Tesis Doctoral se abordan dos problemas de interés en el campo de la MRI en los que el movimiento fisiológico tiene un papel protagonista. Éstos son, por un lado, la estimación robusta de parámetros de rotación y esfuerzo miocárdico a partir de imágenes de MR-Tagging dinámica para el diagnóstico y clasificación de cardiomiopatías y, por otro, la reconstrucción de mapas del coeficiente de difusión aparente (ADC) a alta resolución y con alta relación señal a ruido (SNR) a partir de adquisiciones de imagen ponderada en difusión (DWI) multiparamétrica en el hígado.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaDoctorado en Tecnologías de la Información y las Telecomunicacione

    Mapping microstructural dynamics in a mouse stroke model using advanced diffusion MRI

    Get PDF
    Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica (Sinais e Imagens Médicas), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020O acidente vascular cerebral (AVC) corresponde a uma das principais causas de morte e invalidez a nível mundial, sendo o AVC isquémico o mais predominante, perfazendo mais de 80% dos casos. Este traduz-se no bloqueio de um ou mais vasos sanguíneos devido à formação de coágulos, comprometendo a oxigenação no local e o fornecimento de nutrientes como consequência da redução do fluxo sanguíneo. O único tratamento aceite para o AVC baseia-se na administração de agentes trombolíticos. Porém, a sua aplicabilidade é muito reduzida pois o intervalo de tempo exigido para a sua atuação é demasiado curto (menos de 4 horas desde a última vez em que o sujeito se apresentou assintomático). De momento, o desenvolvimento de técnicas inovadoras encontra-se dependente de um conhecimento mais aprofundado do tecido envolvente no decorrer do acidente isquémico. Posto tal, as técnicas de neuroimagiologia de cariz não invasivo, como a imagem por ressonância magnética (IRM), apresentam um papel crucial na investigação nesta área. A importância da ressonância magnética de difusão (dMRI, do inglês diffusion MRI) tem vindo a ser cada vez mais favorecida, especialmente na deteção do enfarte e no estudo do microambiente na zona respetiva. Contudo, as métricas convencionais de dMRI apenas disponibilizam informação relativa, no máximo, a um sumatório de efeitos não Gaussianos da difusão da água nos tecidos, o que a torna numa técnica consideravelmente inespecífica. Esta falta de especificidade pode então refletir-se numa incorreta caraterização do núcleo da lesão, de tecido recuperável e da resposta ao tratamento, no sentido em que os mecanismos subjacentes ao contraste de dMRI obtido são desconhecidos. No âmbito deste trabalho, de forma a aumentar a sensibilidade e especificidade da dMRI na informação obtida em contexto de AVC isquémico, a metodologia de imagem por contraste do tensor de correlação (CTI, do inglês Correlation Tensor Imaging), desenvolvida no nosso laboratório, foi aplicada num modelo de AVC isquémico em murganho (Mus musculus). A CTI permite a obtenção de informações mais específicas acerca de efeitos de difusão provenientes das fontes de curtose (relativos a anisotropia, dispersão na orientação, variância na difusão nos tecidos e propriedades não Gaussianas). Esta técnica baseia-se na expansão cumulativa do sinal adquirido em sequências avançadas de codificação de difusão dupla (DDE, do inglês Double Diffusion Encoding), em que ambas as codificações podem ser aplicadas em direções e magnitudes independentes (caraterizadas por vetores independentes q1 e q2). Todos os procedimentos em animais foram previamente aprovados pelas autoridades nacionais e internacionais competentes, e foram realizados de acordo com a Diretiva EU 2010/63. Murganhos macho C57BL/6J (N = 12; 26,4 ± 6,5 g) com 11 semanas foram utilizados. O modelo fototrombótico de Rose Bengal foi usado de forma a induzir um enfarte focalizado na região do cortéx de barril com uma solução de um corante fotossensível (15 mg/ml). Em animais do grupo experimental (N = 5), a solução foi administrada de forma intravenosa (10 μl/g peso do animal) e a zona cortical de interesse foi irradiada com uma fonte de luz fria durante 15 minutos. Os animais do grupo de controlo (N = 5) foram submetidos a procedimentos idênticos, à exceção da irradiação responsável pelo desencadeamento da lesão, mantendo o tempo de espera suposto. Os cérebros do grupo de AVC e do grupo de controlo foram perfundidos 3 h após o fim do período com ou sem iluminação e utilizados para aquisições ex vivo. Além disso, dois animais foram usados para examinação in vivo: um submetido à indução do AVC para validação com os resultados ex vivo, e outro animal saudável foi usado para efeitos corroborativos com estudos anteriores. Os cérebros foram examinados no scanner Aeon da Bruker de 16.4 T. As imagens por difusão ex vivo foram adquiridas com sequências de DDE com base em EPI (do inglês Echo Planar Imaging) escritas in house. Usou-se um protocolo com um total de 5 combinações q1-q2 de magnitudes diferentes (1498,0 – 0; 1059,2 – 1059,2; 1059,2 – 0; 749,0 – 749,0 e 749,0 - 0 mT/m), associando cada combinação a uma aquisição. Para combinações em que as magnitudes eram iguais entre vetores, foram usadas 135 direções paralelas e perpendiculares, resultando em 7 aquisições com valor b total de 750, 1500 ou 3000 mm/s2 . Os restantes parâmetros foram: TR/TE = 3000/49 ms, FOV = 11 × 11 mm2 , matriz = 78 × 78, resolução de voxel no plano de 141 × 141 μm2 , 25 fatias coronais com espessura de 0,5 mm, δ/Δ/τm = 1,5/10/10 ms e 2 segmentos. 20 imagens foram adquiridas sem gradientes de difusão aplicados (i.e., b = 0 mm/s2 ). Cada examinação durou aproximadamente 14 h na totalidade. No caso das aquisições in vivo, os animais foram sedados (isoflurano 2,5%) e examinados no scanner Biospec da Bruker de 9.4 T. As imagens por difusão foram adquiridas com um protocolo otimizado em comparação com o utilizado nas sequências ex vivo, diferindo nos seguintes parâmetros: as combinações q1-q2 de magnitude foram de 518,79 – 0; 366,84 – 366,84; 366,84 – 0; 259,4 – 259,4 e 259,4 - 0 mT/m. As combinações de direções foram idênticas às utilizadas nas aquisições ex vivo, resultando também em 7 aquisições com valor b total de 625, 1250 ou 1500 mm/s2 , TR/TE = 2800/44,5 ms, FOV = 12 × 12 mm2 , matriz = 78 × 78, resolução de voxel no plano de 181 × 181 μm2 , 5 fatias coronais com espessura de 0,85 mm, δ/Δ/τm = 4/10/10 ms e 1 segmento. Cada examinação durou aproximadamente 1 h e 15 min. O processamento dos dados englobou a correção do sinal ao nível do ruído, alinhamento dos dados e correção ao nível de Gibbs ringing. As métricas de difusão convencionais, tais como a difusão média, a anisotropia fracional, a difusão radial e axial (MD, FA, RD e AD, respetivamente) foram extraídas pelo tensor de difusão (D). No âmbito das fontes resolvidas pela CTI, a fonte de curtose excedente total (KT) foi obtida a partir de D e do tensor de curtose (W), as curtoses anisotrópica e isotrópica ( e ), ditas fontes intercompartimentais, foram extraídas a partir do tensor D e do tensor de correlação do deslocamento Z (de quarta ordem na expansão cumulativa), e a fonte de curtose intracompartimental () foi extraída a partir da subtração das fontes intercompartimentais à fonte KT. De forma a analisar os mapas obtidos para as métricas de curtose 3 h após enfarte ao nível de substância branca e cinzenta, regiões de interesse foram definidas (com base nos mapas de MD e FA) no hemisfério ipsilateral ou ipsilesional (relativo à lesão), e no hemisfério contralateral (não afetado), dos animais que sofreram o AVC. Regiões de interesse no grupo de controlo foram também definidas no hemisfério ipsilateral. Após associar os dados obtidos de cada hemisfério a diferentes subgrupos, foram realizadas comparações entre subgrupos para as diferentes métricas de curtose e uma análise ANOVA para testar diferenças significativas entre subgrupos, permitindo assim uma análise de especificidade de cada métrica aos efeitos do AVC. Foi ainda realizada uma análise da sensibilidade de cada métrica perante a lesão no hemisfério ipsilesional para todos os animais do grupo de AVC através da quantificação de voxeis sensíveis à lesão em cada animal, quer ao nível da lesão total, quer ao nível das substâncias branca e cinzenta. Uma breve análise histológica foi produzida para uma comparação qualitativa com os mapas das diferentes fontes de curtose e associação com degeneração e perda celular. Os resultados indicaram diferenças significativas (p < 0,05) para as métricas KT e entre o hemisfério ipsilateral do grupo de AVC e o hemisfério contralateral do mesmo grupo, bem como entre o hemisfério ipsilaterial do grupo de AVC e o hemisfério ipsilateral do grupo de controlo (em substância substância cinzenta e substância branca). Porém, a métrica de foi a que mais se destacou, visto ter mostrado sensibilidade para o AVC na substância cinzenta perante outras métricas. Os mapas de curtose in vivo mostraram-se consistentes com os mapas ex vivo. Em comparação com estudos anteriores, os resultados obtidos nas métricas de difusão (MD, FA, RD e AD) demonstraram congruência com a literatura, tendo os valores de KT seguido a tendência dos valores de curtose média (MK) obtidos noutros estudos de AVC em murganho. A menor sensibilidade para o AVC em KT, quando comparada com , por exemplo, sugere que certos efeitos de curtose se poderão anular, informação essa anteriormente desconhecida. Os nossos resultados, além de favorecerem maior sensibilidade comparativamente às métricas convencionais em contexto de AVC, acentuam também a especificidade de cada fonte de curtose perante o tecido isquémico, permitindo uma possível relação com mecanismos patofisiológicos a ocorrer na fase aguda-subaguda do AVC, tais como fenómenos citotóxicos e vasogénicos. Ao resolver as fontes de curtose em tecido isquémico, foi-nos possibilitada uma maior compreensão dos mecanismos microscópicos subjacentes, que, num formato mais sensível e específico, propicia uma caraterização de AVC inovadora e uma maior eficácia no tratamento associado.Stroke is a leading cause of long-term disability and death worldwide, with ischaemic infarct accounting for approximately 80% of all cases. Currently, novel treatments depend on a deeper understanding of the local tissue milieu following ischemia. Therefore, non-invasive neuroimaging plays a crucial role in stroke research. Diffusion MRI (dMRI) is one of the most reliable imaging techniques, mainly for the early detection of ischemic stroke via detection of microstructural changes. However, dMRI is critically unspecific, thereby hampering the conclusive characterization of infarct core, salvageable tissue and response to treatment. To overcome this drawback, Correlation Tensor Imaging (CTI) – a ground-breaking approach enhancing sensitivity and specificity towards tissue microstructure via the resolution of non-Gaussian diffusion sources – was applied for the first time towards the characterization of ischemic tissue (ex vivo and in vivo) and assessment of the mechanisms underlying dMRI contrasts in a mouse stroke model at an early stage post ischemic insult. In this study, a photothrombotic stroke model was used to induce a focal infarct in the barrel cortex and dMRI ex vivo datasets were acquired with CTI pulse sequences written in house. For corroboration of results, in vivo datasets were additionally acquired. The stroke model reproducibly induced well-delimited infarction cores in the targeted region in all animals. Our results suggest that CTI is capable of resolving microscopic features of ischemic tissue in-vivo, which until now were obfuscated or conflated in conventional dMRI measurements. Particularly, intra-compartmental kurtosis (), one of the resolved sources, shows higher sensitivity and specificity towards ischemic alterations when compared to other sources of kurtosis. These are critical first steps towards resolving the contributions of cytotoxic and vasogenic edema sources as well as potential for revealing salvageable tissue or ongoing excitotoxicity

    Computational imaging and automated identification for aqueous environments

    Get PDF
    Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy at the Massachusetts Institute of Technology and the Woods Hole Oceanographic Institution June 2011Sampling the vast volumes of the ocean requires tools capable of observing from a distance while retaining detail necessary for biology and ecology, ideal for optical methods. Algorithms that work with existing SeaBED AUV imagery are developed, including habitat classi fication with bag-of-words models and multi-stage boosting for rock sh detection. Methods for extracting images of sh from videos of longline operations are demonstrated. A prototype digital holographic imaging device is designed and tested for quantitative in situ microscale imaging. Theory to support the device is developed, including particle noise and the effects of motion. A Wigner-domain model provides optimal settings and optical limits for spherical and planar holographic references. Algorithms to extract the information from real-world digital holograms are created. Focus metrics are discussed, including a novel focus detector using local Zernike moments. Two methods for estimating lateral positions of objects in holograms without reconstruction are presented by extending a summation kernel to spherical references and using a local frequency signature from a Riesz transform. A new metric for quickly estimating object depths without reconstruction is proposed and tested. An example application, quantifying oil droplet size distributions in an underwater plume, demonstrates the efficacy of the prototype and algorithms.Funding was provided by NOAA Grant #5710002014, NOAA NMFS Grant #NA17RJ1223, NSF Grant #OCE-0925284, and NOAA Grant #NA10OAR417008

    Proceedings of the International Micro Air Vehicles Conference and Flight Competition 2017 (IMAV 2017)

    Get PDF
    The IMAV 2017 conference has been held at ISAE-SUPAERO, Toulouse, France from Sept. 18 to Sept. 21, 2017. More than 250 participants coming from 30 different countries worldwide have presented their latest research activities in the field of drones. 38 papers have been presented during the conference including various topics such as Aerodynamics, Aeroacoustics, Propulsion, Autopilots, Sensors, Communication systems, Mission planning techniques, Artificial Intelligence, Human-machine cooperation as applied to drones

    High resolution studies of complex solar active regions

    Get PDF
    Flares and Coronal Mass Ejections (CMEs) are energetic events, which can even impact the near-Earth environment and are the principal source of space weather. Most of them originate in solar active regions. The most violent events are produced in sunspots with a complex magnetic field topology. Studying their morphology and dynamics is helpful in understanding the energy accumulation and release mechanisms for flares and CMEs, which are intriguing problems in solar physics. The study of complex active regions is based on high-resolution observations from space missions and new instruments at the Big Bear Solar Observatory (BBSO). Adaptive optics (AG) in combination with image restoration techniques (speckle masking imaging) can achieve improved image quality and a spatial resolution (about 100 km on the solar surface) close to the diffraction limit of BBSO\u27s 65 cm vacuum telescope. Dopplergrams obtained with a two-dimensional imaging spectrometer combined with horizontal flow maps derived with Local Correlation Tracking (LCT) provide precise measurements of the three-dimensional velocity field in sunspots. Magnetic field measurements from ground- and space-based instruments complement these data. At the outset of this study, the evolution and morphology of a typical round sunspot are described in some detail. The sunspot was followed from disk center to the limb, thus providing some insight into the geometry of the magnetic flux system. Having established a benchmark for a stable sunspot, the attention is turned to changes of the sunspot structure associated with flares and CMEs. Rapid penumbral decay and the strengthening of sunspot umbrae are manifestations of photospheric magnetic field changes after a flare. These sudden intensity changes are interpreted as a result of magnetic reconnection during the flare, which causes the magnetic field lines to be turned from more inclined to more vertical. Strong photospheric shear flows along the flaring magnetic inversion line exist several hours before the flare. The footpoints of magnetic field lines are sheared by this motion and magnetic free energy is thus stored in the flux system. This energy is then suddenly released during the flare. Based on multi-wavelength studies of these shear flows, a new challenging phenomenon is found. The local shear flow and magnetic shear can increase right after the flare. This apparently contradicts the principle of conservation of energy, which requires an overall decrease in the magnetic free energy that powers the flare. The explanation considers the emergence of a twisted or pre-sheared flux rope near the neutral line. Since shear flows are also detected in flare-quiet sunspots, the conclusion is made that they are associated with flare occurrence but they are not a sufficient condition for flaring

    Aeronautical engineering: A continuing bibliography with indexes (supplement 239)

    Get PDF
    This bibliography lists 454 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in April, 1989. Subject coverage includes: design, construction and testing of aircraft and aircraft engines; aircraft components, equipment and systems; ground support systems; and theoretical and applied aspects of aerodynamics and general fluid dynamics

    Aeronautical Engineering, a continuing bibliography with indexes

    Get PDF
    This bibliography lists 352 reports, articles and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in November 1983

    Electronic systems-1. Lecture notes

    Get PDF
    The discipline «Electronic Systems» belongs to the cycle of professional and practical training of bachelors in the educational program «Electronic Components and Systems» is read over one semester (7) and is one of the final subjects of the bachelor's degree. In the process of studying the course, students get acquainted with the informational assessments of the ES; a description of the signals used in different purposes of the ES; methods of their processing, storage and transformation; principles of construction and operation of the ES - the selection, transformation, transmission, reception, registration and display of information. The basics of device design based on programmable logic integrated circuits (FPGA) are considered. Lecture notes contain theoretical information for up to 18 lectures and a list of recommended reading

    Advanced Applications of Rapid Prototyping Technology in Modern Engineering

    Get PDF
    Rapid prototyping (RP) technology has been widely known and appreciated due to its flexible and customized manufacturing capabilities. The widely studied RP techniques include stereolithography apparatus (SLA), selective laser sintering (SLS), three-dimensional printing (3DP), fused deposition modeling (FDM), 3D plotting, solid ground curing (SGC), multiphase jet solidification (MJS), laminated object manufacturing (LOM). Different techniques are associated with different materials and/or processing principles and thus are devoted to specific applications. RP technology has no longer been only for prototype building rather has been extended for real industrial manufacturing solutions. Today, the RP technology has contributed to almost all engineering areas that include mechanical, materials, industrial, aerospace, electrical and most recently biomedical engineering. This book aims to present the advanced development of RP technologies in various engineering areas as the solutions to the real world engineering problems

    Aeronautical engineering: A special bibliography with indexes, supplement 49

    Get PDF
    The bibliography contains 368 abstract citations of reports, journal articles, and other documents concerned with the engineering and theoretical aspects of design, construction, evaluation, testing, operation, and performance of aircraft (including aircraft engines) and associated components, equipment, and systems. Research and development in aerodynamics, aeronautics, and ground support equipment are also treated. Subject, personal, and contract number indexes are included for ease of access
    corecore