37 research outputs found

    A survey of the application of soft computing to investment and financial trading

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    Intraoperative, Quantitative, and Non-Contact Blood Volume Flow Measurement via Indocyanine Green Fluorescence Angiography

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    In vielen Fällen unterziehen sich Patienten einer Revaskularisationsoperation wenn sie an einer zerebrovaskulären Erkrankung leiden, die eine Hypoperfusion des Gehirns verursacht. Dieser chirurgische Eingriff wird häufig als offene Operation durchgeführt und hat das Ziel, die Gefäßfunktion, insbesondere den Blutfluss, wiederherzustellen. Hierzu wird eine Anastomose (Verbindung von Arterien) angelegt, um den Fluss zu einem hypoperfundierten Gehirnareal zu erhöhen. In ungefähr 10% der Eingriffe treten nach der Operation Komplikationen auf, die zum Teil auf eine unzureichende Durchflusssteigerung zurückgeführt werden. Daher sollte der Blutfluss intraoperativ überprüft werden, um die Qualität des Eingriffs im Operationssaal zu beurteilen und schnell eingreifen zu können. Damit könnte ein negativer Ausgang für den Patienten verhindert werden. Der derzeitige Stand der Technik in der intraoperativen und quantitativen Blutflussmessung ist die Nutzung der Ultraschall-Transitzeit-Durchflusssonde. Sie gibt einen quantitativen Flusswert an, muss jedoch das Gefäß umschließen. Dies ist einerseits umständlich für den Chirurgen und andererseits birgt es das Risiko von Kontaminationen, Gefäßquetschungen und der Gefäßruptur. Eine alternative Methode ist die Indocyaningrün (ICG) Fluoreszenzangiographie (FA), welche eine kamerabasierte Methode ist. Sie ist der Stand der Technik in der hochauflösenden anatomischen Visualisierung des Situs und kann zusätzlich dem Chirurgen eine qualitative funktionelle Darstellung der Gefäße im Sichtfeld liefern. Der Stand der Wissenschaft zur Quantifizierung des Blutflusses mittels ICG-FA konnten bisher keine verlässlichen Fluss- werte liefern. Die vorliegende Arbeit analysiert und verbessert die Eignung von ICG FA zu Bereitstellung von verlässlichen und quantitativen Blutflusswerten, indem 1. geklärt wird, wie akkurat die Messung durchgeführt werden kann. 2. Methoden zur Verbesserung der Genauigkeit entwickelt werden. 3. die Existenz eines systematischen Fehlers abgeleitet wird. 4. eine Methode zur Kompensation des systematischen Fehlers entwickelt wird. 5. ein Algorithmus zur Verarbeitung der eingehenden Videodaten für eine Ausgabe eines Durchflusswertes bereitgestellt wird. 6. die Validierung der vorgeschlagenen Methoden und des Arbeitsablaufs in einer ex vivo und in vivo Studie durchgeführt wird. Die in dieser Arbeit vorgeschlagene Messung basiert auf dem systemic mean transit time theorem für Systeme mit einem Eingang und einem Ausgang. Um den Fluss zu berechnen müssen die Transitzeit eines ICG-Bolus für eine zu bestimmenden Strecke und die Querschnittsfläche des Gefäßes ermittelt werden. Es wurden Methoden entwickelt, um den Blutvolumenstrom zu messen und um Fehlerquellen bei dieser Messung der einzelnen Parameter zu identifizieren, quantifizieren und reduzieren. Die statistischen Fehler bei der Messung der Transitstrecke und der Transitzeit des ICG- Bolus sowie der Querschnittsfläche des Gefäßes werden in der Forschung oft vernachlässigt. In dieser Arbeit wurden die Fehler mit Hilfe von in silico Modellen quantifiziert. Es zeigte sich, dass der Fehler zu groß für eine zuverlässige Blutflussmessung ist und daher Methoden zu seiner Reduzierung benötigt werden. Um den Fehler bei der Längenmessung deutlich zu reduzieren, wurde eine Methode vorgestellt, welche die diskrete Mittellinie wieder in eine kontinuierliche überführt. Dabei wird der Fehler in der Längenmessung signifikant reduziert und der Fehler von der räumlichen Orientierung der Struktur entkoppelt. In ähnlicher Weise wurde eine Methode vorgestellt, welche die gemessenen diskreten Indikatorverdünnungskurven (IDCs) ebenso in kontinuierliche überführt, um den Fehler in der Laufzeitmessung des ICG-Bolus zu reduzieren. Der propagierte statistische Fehler der Blutflussmessung wurde auf einen akzeptablen und praktikablen Wert von 20 % bis 30 % reduziert. Die Präsenz eines systematischen Fehlers bei der optischen Messung des Blutflusses wurde identifiziert und aus der Definition des Volumenflusses theoretisch abgeleitet. Folgend wird eine Methode zur Kompensation des Fehlers vorgestellt. Im ersten Schritt wird eine Fluid-Strömungssimulation genutzt, um die räumlich-zeitliche Konzentration des ICG in einem Blutgefäß zu berechnen. Anschließend wird die Konzentration an ein neu entwickeltes Fluoreszenz-Monte-Carlo-Multizylinder (FMCMC) Modell übergeben, das die Ausbreitung von Photonen in einem Gefäß simuliert. Dabei wird der Ort der Fluoreszenzereignisse der emittierten Photonen ermittelt und der systematische Fehler bestimmt. Dies ermöglicht die Kompensation des systematischen Fehlers. Es zeigte sich, dass dieser Fehler unabhängig von dem Volumenfluss ist, solange die Strömung laminar ist, aber abhängig vom Durchmesser des Gefäßes und dem Zeitpunkt der Messung. Die Abhängigkeit vom Durchmesser ist reduziert bei Messungen zu einem früheren Zeitpunkt. Daher ist es vorteilhaft, die erste Ankunft des ICG-Bolus zur Bestimmung der Transitzeit zu verwenden, um den Einfluss des Durchmessers auf den Fehler zu verringern und somit die Messung robuster durchzuführen. Um die Genauigkeit der Messung in einem Experiment zu beweisen, wurde ein ex vivo Experiment unter Verwendung von Schweineblut und Kaninchen Aorten konzipiert und durchgeführt. Es zeigte sich, dass der durch den vorgeschlagenen Algorithmus ermittelte Fluss mit der Referenzmessung (einem industriellem Durchflussmesser) übereinstimmt. Die statistische Streuung der gemessenen Flussdaten durch den Algorithmus stimmte mit der zuvor ermittelten statistischen Fehlerspanne überein, was den in silico Ansatz validiert. Es wurde eine retrospektive in vivo Studie an Menschen durchgeführt, die sich einer extrakraniellen-zu-intrakraniellen (EC-IC) Bypass Operation unterzogen hatten. Die Analyse der FA-Daten ergab eine gute Übereinstimmung mit der klinischen Referenzmethode, jedoch mit dem großen Vorteil, dass kein Kontakt zum Gewebe erforderlich war. Zusätzlich wurde gezeigt, dass simultan Flusswerte für mehrere Gefäße im Sichtfeld der Kamera gemessen werden können. Die vorgestellten Ergebnisse sind ein Proof of Concept für die Eignung der vorgestellten intraoperativen, quantitativen und optischen Messung des Blutvolumenstroms mittels ICG FA. Diese Arbeit ebnet den Weg für den klinischen Einsatz dieser Methode in Ergänzung zum aktuellen klinischen Stand der Technik. Sie könnte zukünftig dem Chirurgen eine neuartige Messung des Blutvolumenstroms zur Verfügung stellen und dabei potentiell das Risiko einer Komplikation reduzieren und damit das Wohl der Patienten verbessern

    Atlas Construction for Measuring the Variability of Complex Anatomical Structures

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    RÉSUMÉ La recherche sur l'anatomie humaine, en particulier sur le cœur et le cerveau, est d'un intérêt particulier car leurs anomalies entraînent des pathologies qui sont parmi les principales causes de décès dans le monde et engendrent des coûts substantiels. Heureusement, les progrès en imagerie médicale permettent des diagnostics et des traitements autrefois impossibles. En contrepartie, la quantité phénoménale de données produites par ces technologies nécessite le développement d'outils efficaces pour leur traitement. L'objectif de cette thèse est de proposer un ensemble d'outils permettant de normaliser des mesures prélevées sur différents individus, essentiels à l'étude des caractéristiques de structures anatomiques complexes. La normalisation de mesures consiste à rassembler une collection d'images dans une référence commune, aussi appelée construction d'atlas numériques, afin de combiner des mesures provenant de différents patients. Le processus de construction inclut deux étapes principales; la segmentation d'images pour trouver des régions d'intérêts et le recalage d'images afin de déterminer les correspondances entres régions d'intérêts. Les méthodes actuelles de constructions d'atlas peuvent nécessiter des interventions manuelles, souvent fastidieuses, variables, et sont en outre limitées par leurs mécanismes internes. Principalement, le recalage d'images dépend d'une déformation incrémentales d'images sujettes a des minimums locaux. Le recalage n'est ainsi pas optimal lors de grandes déformations et ces limitations requièrent la nécessite de proposer de nouvelles approches pour la construction d'atlas. Les questions de recherche de cette thèse se concentrent donc sur l'automatisation des méthodes actuelles ainsi que sur la capture de déformations complexes de structures anatomiques, en particulier sur le cœur et le cerveau. La méthodologie adoptée a conduit à trois objectifs de recherche spécifiques. Le premier prévoit un nouveau cadre de construction automatise d'atlas afin de créer le premier atlas humain de l'architecture de fibres cardiaques. Le deuxième vise à explorer une nouvelle approche basée sur la correspondance spectrale, nommée FOCUSR, afin de capturer une grande variabilité de formes sur des maillages. Le troisième aboutit finalement à développer une approche fondamentalement différente pour le recalage d'images à fortes déformations, nommée les démons spectraux. Le premier objectif vise plus particulièrement à construire un atlas statistique de l'architecture des fibres cardiaques a partir de 10 cœurs ex vivo humains. Le système développé a mené à deux contributions techniques et une médicale, soit l'amélioration de la segmentation de structures cardiaques et l'automatisation du calcul de forme moyenne, ainsi que notamment la première étude chez l'homme de la variabilité de l'architecture des fibres cardiaques. Pour résumer les principales conclusions, les fibres du cœur humain moyen varient de +- 12 degrés, l'angle d'helix s'étend entre -41 degrés (+- 26 degrés) sur l'épicarde à +66 degrés (+- 15 degrés) sur l'endocarde, tandis que l'angle transverse varie entre +9 degrés (+- 12 degrés) et +34 degrés (+- 29 degrés) à travers le myocarde. Ces résultats sont importants car ces fibres jouent un rôle clef dans diverses fonctions mécaniques et électrophysiologiques du cœur. Le deuxième objectif cherche à capturer une grande variabilité de formes entre structures anatomiques complexes, plus particulièrement entre cortex cérébraux à cause de l'extrême variabilité de ces surfaces et de leur intérêt pour l'étude de fonctions cognitives. La nouvelle méthode de correspondance surfacique, nommée FOCUSR, exploite des représentations spectrales car l'appariement devient plus facile et rapide dans le domaine spectral plutôt que dans l'espace Euclidien classique. Dans sa forme la plus simple, FOCUSR améliore les méthodes spectrales actuelles par un recalage non rigide des représentations spectrales, toutefois, son plein potentiel est atteint en exploitant des données supplémentaires lors de la mise en correspondance. Par exemple, les résultats ont montré que la profondeur des sillons et de la courbure du cortex cérébral améliore significativement la correspondance de surfaces de cerveaux. Enfin, le troisième objectif vise à améliorer le recalage d'images d'organes ayant des fortes variabilités entre individus ou subis de fortes déformations, telles que celles créées par le mouvement cardiaque. La méthodologie amenée par la correspondance spectrale permet d'améliorer les approches conventionnelles de recalage d'images. En effet, les représentations spectrales, capturant des similitudes géométriques globales entre différentes formes, permettent de surmonter les limitations actuelles des méthodes de recalage qui restent guidées par des forces locales. Le nouvel algorithme, nommé démons spectraux, peut ainsi supporter de très grandes déformations locales et complexes entre images, et peut être tout autant adapté a d'autres approches, telle que dans un cadre de recalage conjoint d'images. Il en résulte un cadre complet de construction d'atlas, nommé démons spectraux multijoints, où la forme moyenne est calculée directement lors du processus de recalage plutôt qu'avec une approche séquentielle de recalage et de moyennage. La réalisation de ces trois objectifs spécifiques a permis des avancées dans l'état de l'art au niveau des méthodes de correspondance spectrales et de construction d'atlas, en permettant l'utilisation d'organes présentant une forte variabilité de formes. Dans l'ensemble, les différentes stratégies fournissent de nouvelles contributions sur la façon de trouver et d'exploiter des descripteurs globaux d'images et de surfaces. D'un point de vue global, le développement des objectifs spécifiques établit un lien entre : a) la première série d'outils, mettant en évidence les défis à recaler des images à fortes déformations, b) la deuxième série d'outils, servant à capturer de fortes déformations entre surfaces mais qui ne reste pas directement applicable a des images, et c) la troisième série d'outils, faisant un retour sur le traitement d'images en permettant la construction d'atlas a partir d'images ayant subies de fortes déformations. Il y a cependant plusieurs limitations générales qui méritent d'être investiguées, par exemple, les données partielles (tronquées ou occluses) ne sont pas actuellement prises en charge les nouveaux outils, ou encore, les stratégies algorithmiques utilisées laissent toujours place à l'amélioration. Cette thèse donne de nouvelles perspectives dans les domaines de l'imagerie cardiaque et de la neuroimagerie, toutefois, les nouveaux outils développés sont assez génériques pour être appliqués a tout recalage d'images ou de surfaces. Les recommandations portent sur des recherches supplémentaires qui établissent des liens avec la segmentation à base de graphes, pouvant conduire à un cadre complet de construction d'atlas où la segmentation, le recalage, et le moyennage de formes seraient tous interdépendants. Il est également recommandé de poursuivre la recherche sur la construction de meilleurs modèles électromécaniques cardiaques à partir des résultats de cette thèse. En somme, les nouveaux outils offrent de nouvelles bases de recherche et développement pour la normalisation de formes, ce qui peut potentiellement avoir un impact sur le diagnostic, ainsi que la planification et la pratique d'interventions médicales.----------ABSTRACT Research on human anatomy, in particular on the heart and the brain, is a primary concern for society since their related diseases are among top killers across the globe and have exploding associated costs. Fortunately, recent advances in medical imaging offer new possibilities for diagnostics and treatments. On the other hand, the growth in data produced by these relatively new technologies necessitates the development of efficient tools for processing data. The focus of this thesis is to provide a set of tools for normalizing measurements across individuals in order to study complex anatomical characteristics. The normalization of measurements consists of bringing a collection of images into a common reference, also known as atlas construction, in order to combine measurements made on different individuals. The process of constructing an atlas involves the topics of segmentation, which finds regions of interest in the data (e.g., an organ, a structure), and registration, which finds correspondences between regions of interest. Current frameworks may require tedious and hardly reproducible user interactions, and are additionally limited by their computational schemes, which rely on slow iterative deformations of images, prone to local minima. Image registration is, therefore, not optimal with large deformations. Such limitations indicate the need to research new approaches for atlas construction. The research questions are consequently addressing the problems of automating current frameworks and capturing global and complex deformations between anatomical structures, in particular between human hearts and brains. More precisely, the methodology adopted in the thesis led to three specific research objectives. Briefly, the first step aims at developing a new automated framework for atlas construction in order to build the first human atlas of the cardiac fiber architecture. The second step intends to explore a new approach based on spectral correspondence, named FOCUSR, in order to precisely capture large shape variability. The third step leads, finally, to a fundamentally new approach for image registration with large deformations, named the Spectral Demons algorithm. The first objective aims more specifically at constructing a statistical atlas of the cardiac fiber architecture from a unique human dataset of 10 ex vivo hearts. The developed framework made two technical, and one medical, contributions, that are the improvement of the segmentation of cardiac structures, the automation of the shape averaging process, and more importantly, the first human study on the variability of the cardiac fiber architecture. To summarize the main finding, the fiber orientations in human hearts has been found to vary with about +- 12 degrees, the range of the helix angle spans from -41 degrees (+- 26 degrees) on the epicardium to +66 degrees (+- 15 degrees) on the endocardium, while, the range of the transverse angle spans from +9 degrees (+- 12 degrees) to +34 degrees (+- 29 degrees) across the myocardial wall. These findings are significant in cardiology since the fiber architecture plays a key role in cardiac mechanical functions and in electrophysiology. The second objective intends to capture large shape variability between complex anatomical structures, in particular between cerebral cortices due to their highly convoluted surfaces and their high anatomical and functional variability across individuals. The new method for surface correspondence, named FOCUSR, exploits spectral representations since matching is easier in the spectral domain rather than in the conventional Euclidean space. In its simplest form, FOCUSR improves current spectral approaches by refining spectral representations with a nonrigid alignment; however, its full power is demonstrated when using additional features during matching. For instance, the results showed that sulcal depth and cortical curvature improve significantly the accuracy of cortical surface matching. Finally, the third objective is to improve image registration for organs with a high inter-subject variability or undergoing very large deformations, such as the heart. The new approach brought by the spectral matching technique allows the improvement of conventional image registration methods. Indeed, spectral representations, which capture global geometric similarities and large deformations between different shapes, may be used to overcome a major limitation of current registration methods, which are in fact guided by local forces and restrained to small deformations. The new algorithm, named Spectral Demons, can capture very large and complex deformations between images, and can additionally be adapted to other approaches, such as in a groupwise configuration. This results in a complete framework for atlas construction, named Groupwise Spectral Demons, where the average shape is computed during the registration process rather than in sequential steps. The achievements of these three specific objectives permitted advances in the state-of-the-art of spectral matching methods and of atlas construction, enabling the registration of organs with significant shape variability. Overall, the investigation of these different strategies provides new contributions on how to find and exploit global descriptions of images and surfaces. From a global perspective, these objectives establish a link between: a) the first set of tools, that highlights the challenges in registering images with very large deformations, b) the second set of tools, that captures very large deformations between surfaces but are not applicable to images, and c) the third set of tools, that comes back on processing images and allows a natural construction of atlases from images with very large deformations. There are, however, several general remaining limitations, for instance, partial data (truncated or occluded) is currently not supported by the new tools, or also, the strategy for computing and using spectral representations still leaves room for improvement. This thesis gives new perspectives in cardiac and neuroimaging, yet at the same time, the new tools remain general enough for virtually any application that uses surface or image registration. It is recommended to research additional links with graph-based segmentation methods, which may lead to a complete framework for atlas construction where segmentation, registration and shape averaging are all interlinked. It is also recommended to pursue research on building better cardiac electromechanical models from the findings of this thesis. Nevertheless, the new tools provide new grounds for research and application of shape normalization, which may potentially impact diagnostic, as well as planning and performance of medical interventions

    Proceedings, MSVSCC 2015

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    The Virginia Modeling, Analysis and Simulation Center (VMASC) of Old Dominion University hosted the 2015 Modeling, Simulation, & Visualization Student capstone Conference on April 16th. The Capstone Conference features students in Modeling and Simulation, undergraduates and graduate degree programs, and fields from many colleges and/or universities. Students present their research to an audience of fellow students, faculty, judges, and other distinguished guests. For the students, these presentations afford them the opportunity to impart their innovative research to members of the M&S community from academic, industry, and government backgrounds. Also participating in the conference are faculty and judges who have volunteered their time to impart direct support to their students’ research, facilitate the various conference tracks, serve as judges for each of the tracks, and provide overall assistance to this conference. 2015 marks the ninth year of the VMASC Capstone Conference for Modeling, Simulation and Visualization. This year our conference attracted a number of fine student written papers and presentations, resulting in a total of 51 research works that were presented. This year’s conference had record attendance thanks to the support from the various different departments at Old Dominion University, other local Universities, and the United States Military Academy, at West Point. We greatly appreciated all of the work and energy that has gone into this year’s conference, it truly was a highly collaborative effort that has resulted in a very successful symposium for the M&S community and all of those involved. Below you will find a brief summary of the best papers and best presentations with some simple statistics of the overall conference contribution. Followed by that is a table of contents that breaks down by conference track category with a copy of each included body of work. Thank you again for your time and your contribution as this conference is designed to continuously evolve and adapt to better suit the authors and M&S supporters. Dr.Yuzhong Shen Graduate Program Director, MSVE Capstone Conference Chair John ShullGraduate Student, MSVE Capstone Conference Student Chai

    Robust computational intelligence techniques for visual information processing

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    The third part is exclusively dedicated to the super-resolution of Magnetic Resonance Images. In one of these works, an algorithm based on the random shifting technique is developed. Besides, we studied noise removal and resolution enhancement simultaneously. To end, the cost function of deep networks has been modified by different combinations of norms in order to improve their training. Finally, the general conclusions of the research are presented and discussed, as well as the possible future research lines that are able to make use of the results obtained in this Ph.D. thesis.This Ph.D. thesis is about image processing by computational intelligence techniques. Firstly, a general overview of this book is carried out, where the motivation, the hypothesis, the objectives, and the methodology employed are described. The use and analysis of different mathematical norms will be our goal. After that, state of the art focused on the applications of the image processing proposals is presented. In addition, the fundamentals of the image modalities, with particular attention to magnetic resonance, and the learning techniques used in this research, mainly based on neural networks, are summarized. To end up, the mathematical framework on which this work is based on, ₚ-norms, is defined. Three different parts associated with image processing techniques follow. The first non-introductory part of this book collects the developments which are about image segmentation. Two of them are applications for video surveillance tasks and try to model the background of a scenario using a specific camera. The other work is centered on the medical field, where the goal of segmenting diabetic wounds of a very heterogeneous dataset is addressed. The second part is focused on the optimization and implementation of new models for curve and surface fitting in two and three dimensions, respectively. The first work presents a parabola fitting algorithm based on the measurement of the distances of the interior and exterior points to the focus and the directrix. The second work changes to an ellipse shape, and it ensembles the information of multiple fitting methods. Last, the ellipsoid problem is addressed in a similar way to the parabola

    Craneología funcional y evolución humana: relaciones estructurales y organización espacial en la evolución de las áreas fronto-parietales

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    Los humanos modernos se caracterizan por la forma globular del neurocráneo y retracción de la cara, atribuidos generalmente a la encefalización. La proximidad entre cara y cerebro podría implicar un conflicto espacial entre órbitas y lóbulos frontal y temporal. El abultamiento parietal puede deberse a cambios en la corteza parietal, por ejemplo, el precúneo. Esta tesis investiga la relación estructural cerebro-orbital y la anatomía del lóbulo parietal utilizando morfometría geométrica aplicada a imágenes biomedicas de humanos modernos y fósiles y de primates no humanos. Los resultados apuntan hacia un mayor conflicto estructural de las órbitas con los lóbulos temporales. Los lóbulos parietales son longitudinal y verticalmente más grandes en humanos modernos que en neandertales. La variación de la proporción longitudinal del precúneo se debe sobre todo a la región superior y es específica de humanos modernos. La dimensión vertical del precúneo está relacionada con la morfología del contorno parietal exterior.Modern humans are characterized by a globular braincase and a reduced face, two features that are generally attributed to encephalization. The anatomical proximity between the face and the brain involves nonetheless spatial conflicts between the orbits and the frontal and temporal lobes. Parietal bulging is likely due to changes in parietal cortical elements, like the precuneus. This thesis investigates the orbit-brain structural relationships and parietal lobe anatomy through geometric morphometrics and biomedical imaging, in modern and fossil humans, as well as in non-human primates. Results point to a greater structural conflict between orbits and temporal lobes. The parietal lobes are longitudinally and vertically larger in modern humans, when compared to those of Neanderthals. The variation in the longitudinal proportions of the precuneus is mostly due to the superior regions, and it is specific to modern humans. Precuneus vertical dimension is related to the morphology of the outer parietal contour

    Manejo de una herramienta interactiva de visualización 3D aplicada a la neurorradiología

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    [ES] Los últimos avances tecnológicos en el postproceso de imágenes radiológicas han hecho posible la generación de modelos tridimensionales (3D) ) a partir de imágenes radiológicas en 2D. Con las nuevas técnicas de imágenes en 3D que presentamos, la percepción espacial y la comprensión anatómica se mejoran, puesto que se permite una nueva visualización interactiva con los modelos. El PDF es un formato de archivo estándar, y de acceso libre, para presentar e intercambiar documentos de forma fiable, independiente del software, el hardware o el sistema operativo en el que se han elaborado. Por tanto, resulta muy útil y es ampliamente utilizado para la comunicación de información a través de Internet y para la publicación académica electrónica. El PDF permite además incrustar y manipular objetos tridimensionales (3D) en las últimas versiones, Todo ello es posible de realizar desde un ordenador personal sin el requisito de una estación de trabajo profesional, o paquetes de software complejos o caros. El uso de estos modelos en archivo PDF permite la interacción, proporcionando herramientas útiles de visualización (navegación, traslación, rotación, zoom de los modelos 3D…) y gestión que facilitan el trabajo y la comprensión de la región anatómica del área de estudio. En este trabajo de tesis doctoral, presentamos las características del software PDF 3D con modelos anatómicos de la base del cráneo, ya que se considera una región anatómica compleja, con múltiples estructuras y características y no accesible a la visualización directa. Por tanto, mediante el manejo y desarrollo de estos nuevos contenidos educativos a partir de modelos visuales complejos en tres dimensiones, introducidos como material didáctico complementario para el estudio de la anatomía en regiones complejas, se mejora la capacidad de entendimiento y se agiliza el aprendizaje. Esto es muy importante, no sólo en el ámbito de la enseñanza, sino que, en otras aplicaciones, como la práctica clínica diaria y el ámbito científico, ya que permite el uso de estos contenidos, sin necesidad de comprometer la seguridad del paciente. También es necesario recordar, el gran dinamismo de los modelos 3D en este formato (PDF), para su transmisión entre usuarios y la gran compatibilidad con la impresión 3D. [EN] The latest technological advances in postprocessing of images have made possible the generation of three-dimensional (3D) models from 2D radiological images. With the new 3D imaging techniques, spatial perception and anatomical understanding are improved, since a new interactive visualization with the models is allowed. The PDF is a standard and open-access file format, to present and exchange documents reliably, independent of the software, hardware or operating system in which they have been prepared. Therefore, it is very useful and is widely used for the presentation of information through the Internet and for the electronic academic publication. The PDF also allows you to embed and manipulate three-dimensional objects (3D) in the latest versions. All this is possible from a personal computer without the requirement of a professional workstation, or complex or expensive software packages. The use of these models in PDF file allows interaction, providing useful visualization tools (translation, rotation and zoom of 3D models) and management that facilitate the work and understanding of the anatomical region of the study area. In this doctoral thesis work, we present the characteristics of 3D PDF software with anatomical models of the skull base, since it is considered a complex anatomical region, with multiple structures and characteristics and not accessible to direct visualization. Therefore, through the management and development of these new educational contents from complex three-dimensional visual models, introduced as complementary didactic material for the study of anatomy in complex regions, the ability to understand is improved and learning is expedited. This is very important, not only in the field of teaching, in other applications, such as clinical practice and the scientific field, since it allows the use of these contents, without the need to compromise patient safety, which are discussed in the body of work. It is also necessary to remember, the great dynamism of 3D models in this format (PDF), for transmission between users and the great compatibility with 3D printing

    Construction of Physics-based brain atlas and its application

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    Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

    Bayesian inversion in biomedical imaging

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    Biomedizinische Bildgebung ist zu einer Schlüsseltechnik geworden, Struktur oder Funktion lebender Organismen nicht-invasiv zu untersuchen. Relevante Informationen aus den gemessenen Daten zu rekonstruieren erfordert neben mathematischer Modellierung und numerischer Simulation das verlässliche Lösen schlecht gestellter inverser Probleme. Um dies zu erreichen müssen zusätzliche a-priori Informationen über die zu rekonstruierende Größe formuliert und in die algorithmischen Lösungsverfahren einbezogen werden. Bayesianische Invertierung ist eine spezielle mathematische Methodik dies zu tun. Die vorliegende Arbeit entwickelt eine aktuelle Übersicht Bayesianischer Invertierung und demonstriert die vorgestellten Konzepte und Algorithmen in verschiedenen numerischen Studien, darunter anspruchsvolle Anwendungen aus der biomedizinischen Bildgebung mit experimentellen Daten. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Verwendung von Dünnbesetztheit/Sparsity als a-priori Information.Biomedical imaging techniques became a key technology to assess the structure or function of living organisms in a non-invasive way. Besides innovations in the instrumentation, the development of new and improved methods for processing and analysis of the measured data has become a vital field of research. Building on traditional signal processing, this area nowadays also comprises mathematical modeling, numerical simulation and inverse problems. The latter describes the reconstruction of quantities of interest from measured data and a given generative model. Unfortunately, most inverse problems are ill-posed, which means that a robust and reliable reconstruction is not possible unless additional a-priori information on the quantity of interest is incorporated into the solution method. Bayesian inversion is a mathematical methodology to formulate and employ a-priori information in computational schemes to solve the inverse problem. This thesis develops a recent overview on Bayesian inversion and exemplifies the presented concepts and algorithms in various numerical studies including challenging biomedical imaging applications with experimental data. A particular focus is on using sparsity as a-priori information within the Bayesian framework. <br
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