The usability of the optical parametric amplification of light for high-angular-resolution imaging and fast astrometry

High-angular-resolution imaging is crucial for many applications in modern astronomy and astrophysics. The fundamental diffraction limit constrains the resolving power of both ground-based and spaceborne telescopes. The recent idea of a quantum telescope based on the optical parametric amplification (OPA) of light aims to bypass this limit for the imaging of extended sources by an order of magnitude or more. We present an updated scheme of an OPA-based device and a more accurate model of the signal amplification by such a device. The semiclassical model that we present predicts that the noise in such a system will form so-called light speckles as a result of light interference in the optical path. Based on this model, we analysed the efficiency of OPA in increasing the angular resolution of the imaging of extended targets and the precise localization of a distant point source. According to our new model, OPA offers a gain in resolved imaging in comparison to classical optics. For a given time-span, we found that OPA can be more efficient in localizing a single distant point source than classical telescopes.Comment: Received: 11 November 2017, revision received: 31 January 2018, accepted: 31 January 201

Neurorehabilitation using the virtual reality based Rehabilitation Gaming System: methodology, design, psychometrics, usability and validation

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Stroke is a frequent cause of adult disability that can lead to enduring impairments. However, given the life-long plasticity of the brain one could assume that recovery could be facilitated by the harnessing of mechanisms underlying neuronal reorganization. Currently it is not clear how this reorganization can be mobilized. Novel technology based neurorehabilitation techniques hold promise to address this issue. Here we describe a Virtual Reality (VR) based system, the Rehabilitation Gaming System (RGS) that is based on a number of hypotheses on the neuronal mechanisms underlying recovery, the structure of training and the role of individualization. We investigate the psychometrics of the RGS in stroke patients and healthy controls.</p> <p>Methods</p> <p>We describe the key components of the RGS and the psychometrics of one rehabilitation scenario called Spheroids. We performed trials with 21 acute/subacute stroke patients and 20 healthy controls to study the effect of the training parameters on task performance. This allowed us to develop a Personalized Training Module (PTM) for online adjustment of task difficulty. In addition, we studied task transfer between physical and virtual environments. Finally, we assessed the usability and acceptance of the RGS as a rehabilitation tool.</p> <p>Results</p> <p>We show that the PTM implemented in RGS allows us to effectively adjust the difficulty and the parameters of the task to the user by capturing specific features of the movements of the arms. The results reported here also show a consistent transfer of movement kinematics between physical and virtual tasks. Moreover, our usability assessment shows that the RGS is highly accepted by stroke patients as a rehabilitation tool.</p> <p>Conclusions</p> <p>We introduce a novel VR based paradigm for neurorehabilitation, RGS, which combines specific rehabilitative principles with a psychometric evaluation to provide a personalized and automated training. Our results show that the RGS effectively adjusts to the individual features of the user, allowing for an unsupervised deployment of individualized rehabilitation protocols.</p

Thermographic imaging in cats and dogs : Usability as a clinical method

Thermographic imaging has been studied and used widely in human and equine medicine, but published data from small animal medicine is still lacking. The primary aim of this study was to obtain basic knowledge of the method of thermographic imaging and to map possible areas of its use in companion animals. To determine the requirements for an optimal thermal camera, three cameras with different resolutions (80 x 80 pixels, 180 x 180 pixels and 320 x 240 pixels) were tested. A total of six thermographic images were taken from the hips of 49 dogs of 26 breeds. Two images were shot with each of the three thermal cameras. Two different persons took the thermographic images with the three cameras. Repeatability between thermographers and interpreters was studied. The usability of basic software for interpreting the thermographic images was examined by having three individuals interpret the thermographic images. The camera with the resolution of 320 x 240 pixels was considered the most suitable for thermographic imaging in dogs and, therefore, the rest of the studies were carried out using this camera. The impact of physical exercise on canine superficial temperature was studied with 47 racing greyhounds during two race days. Four superficial temperature points from the right and left hind leg were selected (Tendo calcaneus, Musculus gastrocnemius, Musculus gracilis and Musculus biceps femoris portio caudalis) to compare the changes in superficial temperatures before and after the race. The temperatures differed by 0 4 degrees at each selected point between the right and left legs after the completion of the race. However, no systematic asymmetry was detected between the dogs left and right side. The superficial temperatures were significantly colder when the ambient temperature was lower. Cats are known to be challenging subjects in clinical examinations and, therefore, more feline-friendly study methods are required. Thermographic imaging was used to detect temperature differences between both sides of 103 cats and, further, as an indicator of potentially painful processes. Both long-haired (n = 26) and short-haired (n = 77) cats were included. The cats that tolerated manual manipulation were also physically palpated. Owners filled in a questionnaire about the behaviour of their cat and estimated whether the cat was in any pain. The questionnaire responses, the owner s estimation of pain on a scale and thermographic imaging with palpation suggested that thermographic imaging is a potential tool of choice in clinical practice for detecting and screening cats potentially in pain. Certain drugs used in sedation and anaesthesia affect cardiovascular function. Peripheral temperature changes induced by distinct sedation protocols in dogs (n = 8) were identified by thermographic imaging from the digital and metatarsal foot pads. The obtained foot pad temperatures were compared to the rectal temperature of the same animal. The results indicated that superficial temperature changes caused by certain sedative drugs can be detected and monitored with thermographic imaging. Our studies suggested that thermographic imaging is a practical clinical method with dogs and cats. However, the effects of physical exercise and medications should be taken into consideration when interpreting thermographic images.Lämpökamerakuvantamisessa lämpökameralla havaitaan ja muodostetaan kuva kohteen lämpösäteilystä. Kaikki kohteet, joiden lämpötila ylittää absoluuttisen nollapisteen säteilevät lämpöä. Lämpökamera havaitsee ihmissilmälle näkymättömän lämpösäteilyn, eli infrapunasäteilyn ja muodostaa siitä ihmissilmin nähtävän kuvan. Lämpökameralla otettuja kuvia voi tarkastella kameran näytöltä tai tarkoitukseen soveltuvilla tietokoneohjelmilla. Verrattuna yleisesti käytettyihin kuvantamismenetelmiin, kuten ultraäänitutkimus, röntgenkuvaus tai magneettikuvaus, lämpökamerakuvantaminen voidaan tehdä potilaalle täysin turvallisesta koskematta siihen lainkaan. Lämpökamera ei säteile, vaan havaitsee säteilyä. Lämpökameralla voidaan havaita eläimessä tapahtuvat fysiologiset muutokset jo ennen kuin muutos on aiheuttanut muutoksia anatomisissa rakenteissa, kuten jänteissä tai lihaksissa. Lämpökamerakuvantamista voidaan käyttää eläinten tutkimisessa, jolloin kiinnitetään erityistä huomiota epätasaiseen lämpöjakaumaan tai normaalista poikkeaviin lämpimiin tai kylmiin alueisiin. Lämpökamerakuvantamista on tutkittu ja käytetty laajalti humaanilääketieteessä ja hevoseläinlääketieteessä, mutta tutkimukset ja menetelmän käyttö pieneläimillä on vielä vähäistä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli saada perustietoa lämpökamerakuvantamisen käytöstä pieneläimillä normaalissa tutkimustilanteessa sekä kartoittaa mahdollisia käyttöalueita kissoilla ja koirilla. Lämpökameroiden resoluutio vaihtelee eri mallien välillä. Optimaalisen eläinlääketieteelliseen käyttöön soveltuvan resoluution selvittämiseksi testasimme kolmea eri resoluution lämpökameraa (80 x 80 pikseliä, 180 x 180 pikselilä ja 320 x 240 pikseliä). Jokaisella kameralla kuvattiin 49:n koiran lonkan aluetta kahden eri kuvaajan toimesta. Lämpökuvat tulkittiin kolmen eri tutkijan toimesta. Toistettavuus kuvaajien ja kuvien tulkitsijoiden välillä oli paras korkeimman resoluution (320 x 240 pikseliä) lämpökameraa käytettäessä. Muissa tutkimuksissa käytettiin tämän tuloksen perusteella 320 x 240 resoluution lämpökameraa. Fyysinen rasitus vaikuttaa elimistön aineenvaihduntaan ja ihon pintaverenkiertoon. Pintalämpötilan muutosta ennen ja jälkeen urheilusuorituksen tutkittiin kuvaamalla 47 greyhound-rotuista koiraa kahden eri kilpailupäivän aikana. Lämpökuvista valittiin tarkasteltavaksi neljä pistettä takajalkojen alueelta. Kuvien perusteella voitiin havaita merkittäviä lämpötilamuutoksia oikean ja vasemman jalan välillä kilpailun jälkeen. Kissat ovat usein vaikeita tutkittavia, sillä ne peittävät kipunsa ja sairautensa tutkijalta. Kissaystävällisiä tutkimustapojen löytäminen on lääketieteellisesti ja hyvinvointisyistä tärkeää. Lämpökamerakuvantamisella tutkittiin 103:n kissan oikean ja vasemman puolen mahdollisia lämpötilaeroja. Lämpötilaeroja tutkittiin myös indikaattorina mahdolliselle kiputilalle. Ne kissat, jotka eivät stressaantuneet käsittelystä, tutkittiin myös tunnustelemalla. Omistajat vastasivat myös kyselyyn kissan liikkumisesta ja käyttäytymisestä sekä arvioivat, onko heidän kissallaan kipuja. Kyselyn tuloksia verrattiin tunnustelun havaintoihin sekä lämpökamerakuvista saatuihin lämpötilaeroihin oikean ja vasemman puolen välillä. Tulosten perusteella lämpökamerakuvantamista voidaan pitää mahdollisena apuvälineenä kissan kivuliaiden tilojen havaitsemiseen. Suurin osa eläinpotilaista rauhoitetaan lääkkeillä tutkimusta tai toimenpidettä varten. Rauhoitteet vaikuttavat verenkiertoelimistön toimintaan ja myös eläimen pinnalliseen verenkiertoon. Rauhoitteiden vaikutusta pintaverenkiertoon tutkittiin kuvaamalla lämpökameralla eri rauhoiteyhdistelmillä rauhoitettujen koirien polkuanturoita. Rauhoitteiden vaikutuksen pintaverenkiertoon voi havaita, ja lämpötilan muutosta rauhoituksen aikana seurata lämpökamerakuvantamisen avulla. Tutkimustemme perusteella lämpökamerakuvantaminen on käytännöllinen menetelmä käytettäväksi osana kissojen ja koirien kliinisestä eläinlääketieteellisestä tutkimusta. Fyysisen rasituksen ja lääkitysten vaikutus on kuitenkin otettava huomioon lämpökamerakuvia tulkittaessa