Statistical shape analysis of Multi-Object complexes

journal articleAn important goal of statistical shape analysis is the discrimination between populations of objects, exploring group differences in morphology not explained by standard volumetric analysis. Certain applications additionally require analysis of objects in their embedding context by joint statistical analysis of sets of interrelated objects. In this paper, we present a framework for discriminant analysis of populations of 3-D multi-object sets. In view of the driving medical applications, a skeletal object parametrization of shape is chosen since it naturally encodes thickening, bending and twisting. In a multi-object setting, we not only consider a joint analysis of sets of shapes but also must take into account differences in pose. Statistics on features of medial descriptions and pose parameters, which include rotational frames and distances, uses a Riemannian symmetric space instead of the standard Euclidean metric. Our choice of discriminant method is the distance weighted discriminant (DWD) because of its generalization ability in high dimensional, low sample size settings. Joint analysis of 10 sub-cortical brain structures in a pediatric autism study demonstrates that multi-object analysis of shape results in a better group discrimination than pose, and that the combination of pose and shape performs better than shape alone. Finally, given a discriminating axis of shape and pose, we can visualize the differences between the populations

Segmentación ecocardiográfica 3D utilizando el algoritmo de corrimiento de media y un modelo de superficie activa

La información anatómica y funcional de las cavidades cardiacas obtenida de las imágenes de ultrasonido permite realizar un análisis cualitativo y cuantitativo de la salud del paciente; y detectar posibles patologías. Varias técnicas para la segmentación semiautomática o completamente automática han sido propuestas. La presegmentación basada en las características de textura combinada con un modelo de contorno activo ha demostrado ser una vía prometedora para extraer las estructuras cardiacas de las imágenes ecocardiográficas. En este trabajo se introduce un método novedoso para la segmentación de imágenes cardiacas en 3D. Una etapa robusta de preprocesamiento que reduce el ruido de moteado y extrae la frontera inicial de las estructuras cardiacas es combinada con un Modelo de Superficie Activa para obtener la segmentación final en 3D. El preprocesamiento es realizado con el algoritmo de Corrimiento de Media que integra la información de confianza del mapa de bordes 3D e incluye la entropía, la intensidad de los ecos y la información espacial como características de entrada. Este procedimiento localiza adecuadamente regiones homogéneas en las imágenes ecocardiográficas 3D. Los términos de energía externa incluidos en el Modelo de Superficie Activa son el mapa de confianza de los bordes en 3D y la componente de entropía obtenida del resultado de la presegmentación. Los resultados demuestran que el procesamiento provee una buena frontera inicial entre la sangre y el miocardio. El Modelo de Superficie Activa ajusta la superficie inicial calculada por el algoritmo de Corrimiento de Media al borde de las cavidades cardiacas. Finalmente, los resultados obtenidos son comparados con la segmentación manual del experto clínico y se calcula el índice de Tanimoto entre la segmentación manual y la segmentación del método propuesto

Deconvolution in perfusion imaging

Cílem této studie je seznámit se s metodami dekonvoluce a vybrané metody naprogramovat. K simulaci byl použit model homogenní tkáně a model koncentrace kontrastní látky. Na těchto modelech byla ověřena funkčnost Wienerova filtru, algoritmu Lucy-Richardson a metody singulárního rozkladu.The purpose of this study is to introduce the methods of the deconvolution and to programme some of them. For the simulation, the tissue homogeneity model and the model of arterial input fiction were used. These models were engaged as the test procedures with the aim of verify the functionality and utility of the Wiener filter, the Lucy-Richardson algorithm and the Singular value decomposition.

Estudi comparatiu de la publicació científica de la UPC i l’ETSETB vs. altres universitats d’àmbit europeu (2002-2012)

L'informe es centra en la publicació científica especialitzada en l'àmbit temàtic propi de l'ETSETB: l'enginyeria de telecomunicacions i l'electrònica. Es comparen indicadors bibliomètrics de la UPC i l'ETSETB amb els d'altres universitats europees amb activitat de recerca notable en l'àrea de les telecomunicacions i l'electrònica.Postprint (author’s final draft

Estudi comparatiu de la publicació científica de la UPC i l'ETSETB vs. altres universitats d'àmbit europeu (1999 - 2009)

L'informe es centra en la publicació científica especialitzada en l'àmbit temàtic propi de l'ETSETB: l'enginyeria de telecomunicacións i l'electrònica. Es comparen indicadors bibliomètrics de la UPC i l'ETSETB amb els d'altres universitats europees amb activitat de recerca notable en l'àrea de les telecomunicacions i l'electrònica

Mise en œuvre de l'élastographie par résonance magnétique multifréquentielle au Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke

Ce projet vise à implanter l'élastographie par résonance magnétique (ERM) multifréquentielle au Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke (CHUS), dans le but de pouvoir acquérir des données expérimentales sur des fantômes qui reproduisent les propriétés mécaniques du cerveau. La réalisation d'une élastographie de qualité nécessite le développement d'un système d'actionnement précis et facile d'utilisation pour créer une onde de cisaillement harmonique induite dans le tissu étudié. L'information sur les propriétés mécaniques est obtenue grâce à l'utilisation de la méthode de reconstruction d'inversion non linéaire par sous-zones (NLI). Cette méthode nécessite l'utilisation de la méthode des éléments finis pour calculer les propriétés mécaniques et requiert donc un traitement des données tirées de l'appareil d'imagerie par résonance magnétique (IRM), notamment une discrétisation du domaine étudié. Ce mémoire présente toutes les étapes réalisées afin d'être en mesure de réaliser une ERM multifréquentielle en partant du système générant l'excitation à l'intérieur de l'IRM, jusqu'au traitement post-reconstruction permettant d'obtenir la cartographie des propriétés mécaniques recherchées. Un système d'actionnement permettant de réaliser une ERM sur des fantômes de tofu a été conçu. Il a comme principales caractéristiques de produire des ondes mécaniques harmoniques dans une plage fréquentielle de 10 à 70 Hz de façon répétable. Parallèlement à la conception et la fabrication de ce système d'actionnement, de nombreuses reconstructions multifréquentielles ont été réalisées sur des données acquises sur des cerveaux humains, afin de trouver les paramètres optimaux de l'algorithme de reconstruction. Ces nombreuses analyses ont permis de mieux comprendre les paramètres limitant la reconstruction élastographique multifréquentielle, mais aussi de trouver et corriger des erreurs s'étant glissées dans la programmation de cet algorithme. Dans le but d'être un jour capable de réaliser une élastographie multifréquentielle sur une plage fréquentielle allant de 1 à 70 Hz, l'élastographie avec excitation intrinsèque a aussi été implantée au CHUS. Une analyse préliminaire, présentée dans ce document, a été réalisée à partir des données acquises avec cette technique

Vision numérique et modèles 3D pour imagerie moléculaire sur petits animaux par tomographie optique

Typiquement, en tomographie optique diffuse (TOD), les mesures optiques sont prises en amenant des fibres optiques en contact avec le sujet ou en faisant baigner le sujet dans un fluide adaptateur d'indice. Ces deux approches simplifient grandement le problème inverse pour la reconstruction tomographique, car seule la propagation de la lumière dans les tissus biologiques doit être considérée. Dans le cas de l'imagerie sur petits animaux, il est très difficile d'amener des fibres optiques en contact avec le sujet de façon automatisée sans l'écraser et sans changer sa géométrie. L'utilisation de fluides adaptateurs d'indice simplifie la géométrie du problème à celle du contenant, généralement de forme cylindrique, où se trouve l'animal. Par contre, il n'est pas pratique d'avoir à entretenir un tel système et il est difficile de mettre l'animal dans un fluide sans le noyer. L'utilisation de fluides adaptateurs d'indice atténue le signal optique menant à des mesures plus bruitées. Les sytèmes sans contact permettent d'éviter tous les problèmes mentionnés précédemment, mais nécessitent la mesure de la forme extérieure du sujet. Dans le cadre des présents travaux de recherche, un système de vision numérique utilisant une paire de caméras et un laser pour mesurer la forme extérieure 3D de sujets est présenté. La conception du système de vision numérique 3D vise à faciliter son intégration au système de TOD qui est présentement développé au sein du groupe TomOptUS. Le principal avantage du système de vision numérique est de minimiser la complexité du système de TOD en utlisant le même laser pour les mesures tomographiques optiques et pour les mesures 3D, permettant simultanément l'acquisition de modèles 3D et de données optiques. Cette approche permet de mesurer la position exacte à laquelle la lumière du laser est injectée dans le sujet, alors que cette postion est habituellement déduite et non mesurée par les autres systèmes. Cette information est extrêmement importante pour la reconstruction tomographique. Des mesures 3D précises (<1mm) sont obtenues à l'aide d'algorithmes pour l'étalonnage de l'axe de rotation et de translation. Des mesures 3D d'une forme de référence et d'une souris sont présentées démontrant la précision et l'efficacité du système

Architecture 3D sans contact et localisation par temps de vol pour tomographie optique diffuse par fluorescence

La tomographie optique diffuse (TOD) désigne une technique d'imagerie biomédicale non-invasive. L'objectif ultime consiste à réaliser à l'aide de la lumière et de techniques optiques ce que l'on fait avec les techniques d'imagerie médicale mieux connues comme la tomodensitométrie (TDM; «X-ray computed tomography» (CT)), la tomographie d'émission par positrons (TEP), ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Utilisée de façon traditionnelle, la TOD permet de retrouver la distribution spatiale des coefficients d'absorption et de diffusion optique dans les tissus biologiques. Avec l'utilisation des agents fluorescents, l'imagerie moléculaire est devenue un domaine très actif de la TOD. Exploiter ces agents par une technique de TOD par fluorescence (TODF) permet de visualier non-invasivement et en 3D les processus in vivo jusqu'à une profondeur d'environ 3 cm , ce que la microscopie optique ne peut pas faire. Plusieurs prototypes de systèmes TODF existent présentement. Le désavantage majeur que l'on y retrouve souvent est qu'il s'agit de systèmes exigeant des mesures avec contacts (utilisation de fibres optiques ou de fluides adaptateurs). Le problème rencontré avec une telle architecture en imagerie sur petit animal réside dans la difficulté d'amener des fibres optiques en contact avec l'animal. L'utilisation de fluides adaptateurs est également problématique puisqu'il est très difficile de mettre l'animal dans le fluide sans le noyer; et cela sans compter que les fluides apportent une atténuation et de la diffusion supplémentaire, le signal optique menant à des mesures plus bruitées. Des systèmes sans contact ont donc vu le jour, mais la majorité ont le même problème: ils n'exploitent qu'une partie de l'information pouvant être recueillie. Seules des mesures en rétrodiffusion ou transillumination sont faites, mais aucun système ne combine les deux. Des mesures en rétrodiffusion/transillumination fournissent davantage d'information ce qui permet de sonder plus profondément les tissus tout en gagnant au niveau de la résolution du scanner. Dans le cadre des présents travaux, une architecture 3D sans contact, intégrant une configuration annulaire permettant des mesures en rétrodiffusion/transillumination est présentée. Un autre aspect très présent au niveau des systèmes sans contact est l'utilisation de mesures à régime continu («continuons wave» (CW)). Avec de telles mesures, toute dépendance au temps est alors impossible, ce qui signifie une perte d'information. Les mesures résolues en temps («time-resolved» (TR)) permettent d'exploiter cette dépendance temporelle. Davantage d'information peut donc être utilisée, comme la possibilté de distinguer les différents types de photons. Une technique novatrice permettant la localisation 3D d'une inclusion fluorescente exploitant des mesures TR sera présentée. Des résultats illustrant la localisation d'une inclusion démontrent le potentiel de cette nouvelle approche fondée sur le temps de vol des premiers photons