Analysis of encephalic lesions of different natures in magnetic resonance and computed tomography images from self-organizing maps

Orientadores: Fabiano Reis, Li Li MinTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências MédicasResumo: Com o advento de conjunto de dados cada vez maiores (Big Data), dentre os quais se incluem imagens médicas com crescente qualidade de resoluções espacial, espectral e radiométrica e, portanto, com maior número de pixels, espectros de varredura e níveis de cinza, faz-se útil o uso de técnicas matemáticas avançadas, especialmente as não-supervisionadas, para aprimorar a segmentação do tecido cerebral em agrupamentos (clusters) distintos, possibilitando uma melhor visualização da área acometida por patologia. Este trabalho teve por objetivo segmentar imagens de sistema nervoso central (SNC) em patologias de três naturezas distintas - neoplásica (tumores), desmielinizante (esclerose múltipla) e vascular (acidente vascular cerebral isquêmico -AVCi). Foram realizados três estudos, descritos nos Artigos I, II e III, nos quais foram analisadas imagens de SNC de pacientes (ressonância magnética - RM, nos Artigos I e II, e tomografia computadorizada - TC, no artigo III) com diagnóstico de, respectivamente, neoplasia, esclerose múltipla tipo remitente-recorrente e AVCi. As imagens foram transformadas em matrizes com valores da escala de cinza para cada pixel, em cada aquisição, e processadas por ferramentas com capacidade de execução de Mapas Auto-Organizáveis (SOM), SiroSOM e Weka, que permitiram a construção de mapa neural com treinamento de neurônios e, posteriormente, particionamento dos mesmos em agrupamentos por K-Médias. As novas matrizes, com assimilação de clusters para cada pixel, foram novamente reconstruídas em imagens, que foram submetidas à avaliação de médicos com formação consolidada prévia em neurorradiologia. Os trabalhos I e II confirmam a capacidade geral de segmentação de imagens médicas por meio de SOM com razoável precisão de delimitação de bordas em RM. O artigo III revelou um grau insatisfatório de exatidão de delineação de bordas de lesões à segmentação de TC, porém com potencial identificável de melhora da acurácia se novos e mais amplos estudos forem realizados, com base no material publicadoAbstract: With the upcoming of ever bigger datasets (Big Data), among those medical images, ever-growing on spatial, spectral and radiometric resolutions and, hence, in the number of pixels, spectrums and digital numbers (DNs), the use of advanced mathematical algorithms, especially non-supervised neural networks, plays a role on improving automated segmentation of the human brain into smaller, distinct clusters, providing a better visualization of the comprised, pathological regions. This work aimed to segment central nervous system (CNS) images from pathologies of three different natures - neoplasms, demyelinating and vascular (ischemic stroke). We performed three studies, each one described in distinct articles, I, II and III, on which medical CNS images (MRI for Articles I and II and CT for article III) from patients with confirmed diagnosis of, respectively, neoplasms, relapsing-remitting multiple sclerosis and ischemic stroke were analyzed. The images were transformed in matrices of gray values for each pixel, in each acquisition, and then processed by Kohonen's Self Organizing Maps (SOM) via capable software - SiroSOM or Weka, through training of neurons belonging to the built neural map, followed by clustering by K Means. The newly created matrices with cluster values for each pixel were then rebuilt back to new images that were appreciated by physicians skilled in neuroradiology. The research confirms the general ability of medical image segmentation by SOM, with reasonable border delimitation in MRI, in articles I and II. Article III revealed a non-satisfactory precision of lesion border delineation on CT, but there is a likely chance of improvement of accuracy, if further, deeper studies based on the publication data could be performedDoutoradoNeurologiaDoutor em Ciências Médicas88881.132052/2016-01CAPE

Guide for recommended practices to perform crack tip opening displacement tests in high strength low alloy steels

Fracture mechanics approach is important for all mechanical and civil projects that might involve cracks in metallic materials, and especially for those using welding as a structural joining process. This methodology can enhance not only the design but also the service life of the structures being constructed. This paper includes detailed consideration of several practical issues related to the experimental procedures to assess the fracture toughness in high strength low alloy steels (HSLA) using the crack tip opening displacement (CTOD) parameter, specifically pipeline steels for oil and gas transportation. These considerations are important for engineers who are new in the field, or for those looking for guidelines performing different procedures during the experimentation, which usually are difficult to understand from the conventional standards. We discuss on topics including geometry selection, number of replicate tests, fatigue precracking, test procedure selection and realization, reports of results and other aspects.Peer ReviewedPostprint (published version

Aços alternativos ao HY-80 sem a necessidade de aplicação de têmpera e revenido

The fierce competition between different steelworks and between different alloy design approaches keep promoting the development of new microalloyed structural steels which must satisfy increasingly severe mechanical strength and toughness requirements. Another equally desirable aspects for these new materials are the supression of heat treatments and better weldability, which makes this evolution even more complex. As weldabiliby improvement requires minimization of the carbon content of the steel, these new steels must present hardening mechanisms which does not require the presence of this element. Up to this moment, the most feasible answers to this challenge are steels hardened by copper precipitation, like HSLA-80 or ASTM A710, and the so-called Ultra Low Carbon Bainite (ULCB) steels.A competitividade cada vez mais acirrada entre as diversas usinas siderúrgicas e também entre diferentes tipos de materiais continuam promovendo o desenvolvimento de novos aços estruturais microligados que atendam a requisitos de resistência mecânica e tenacidade cada vez mais severos. Outros aspectos igualmente desejáveis, como a supressão de tratamentos térmicos e melhor soldabilidade do produto, tornam essa evolução ainda mais complexa. Como a melhoria da soldabilidade do produto exige a minimização do teor de carbono do material, esses novos aços precisam dispor de mecanismos de endurecimento que dispensem a presença desse elemento. As alternativas mais viáveis são os aços endurecíveis por precipitação de cobre, do tipo HSLA-80 ou ASTM A710, ou os aços bainíticos com teor extra-baixo de carbono, do tipo ULCB.28729

Formação e reversão da martensita em ligas ferro-cromo-níquel

Austenitic stainless steels represent a significant portion of the alloys used in the aeronautical, chemical, shipbuilding, food processing and biomechanical industries. They combine good mechanical properties with high corrosion resistance. When subjected to cold deformation, these steels exhibit a metastable phase called: strain induced martensite (ferromagnetic), whose formation increases mechanical strength and formability, allowing for a wide range of applications. Heated from room temperature, the strain induced martensite transforms to austenite (non-magnetic). It is easy to find information in literature about the strain induced martensite for 18Cr/8Ni austenitic steels, but there is no data for high nickel alloys like A286 (26Ni, 15Cr), Incoloy 800 (30-40 Ni, 21Cr) and Inconel (50Ni, 19Cr). Therefore, this study aimed to verify the formation of strain induced martensite after cold working in Fe-18Cr base alloys with the addition of up to 60 %Ni. The reversion of this phase to austenite after annealing up to 600 ºC was also studied. Optical microscopy, magnetic characterization tests, and x-ray diffraction were used to analyze the transformations.Os aços inoxidáveis austeníticos são materiais de alto valor agregado, representando uma parcela importante das ligas usadas, principalmente, nas indústrias aeronáutica, química, naval, alimentícia e biomecânica. Apresentam boas propriedades mecânicas aliadas à elevada resistência à corrosão. Quando submetido à deformação a frio, esses aços exibem uma fase metaestável denominada martensita induzida por deformação (ferromagnética), cuja formação aumenta a resistência mecânica e conformabilidade, permitindo sua ampla gama de aplicações. Aquecida acima da temperatura ambiente, a martensita induzida por deformação se transforma em austenita. Existem dados na literatura sobre a formação da martensita induzida por deformação em aços austeníticos 18Cr/8Ni, mas não há essa informação em ligas de alto teor de níquel como A286 (26Ni, 15Cr), Incoloy 800 (30-40 Ni, 21Cr) e Inconel (50Ni, 19Cr). Portanto esse trabalho foi realizado para verificar a formação de martensita induzida por deformação, após o trabalho a frio de ligas Fe-18Cr base com adição de até 60% Ni. A reversão dessa fase para austenita, após recozimento até 600ºC, também foi estudada. Microscopia óptica, ensaios de caracterização magnética e difração de raios X foram usados para analisar as transformações.22122

Aging heat treatment effect on the microstructure and impact properties of the super-austenitic stainless steel ASTM A 744 Gr. CN3MN

This research investigated the influence of solution heat treatments on the microstructure and properties of this type of material. These treatments were carried out at temperatures ranging from 1100 to 1250ºC. Impact (Charpy) tests were conducted at room temperature and -46°C for all solution treated samples. The microstructural analyses were carried out by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction. It was concluded that, to maximize the material's impact strength, the solution heat treatment should be done at 1200ºC, at which temperature the volumetric fraction of precipitates is lower than at other solution heat treatment temperatures. The samples that were solution heat treated at 1200 and 1240ºC presented sigma (s) and M6C carbide phases.O aço inoxidável superaustenítico ASTM A 744 Gr. CN3MN é aplicado na fabricação de equipamentos que trabalham em ambientes sob corrosão severa com solicitação mecânica. Nesse trabalho investigou-se a influência do tratamento térmico de solubilização na microestrutura e nas propriedades desse tipo de material. Foram realizados tratamentos térmicos de solubilização na faixa de temperaturas entre 1100 e 1250°C. Ensaios de impacto (Charpy) em temperatura ambiente e a -46°C foram realizados nas amostras tratadas termicamente. As análises microestruturais foram feitas por meio de microscopia eletrônica de varredura, eletrônica de transmissão e difração de raios X. Concluiu-se que, para maximizar a resistência ao impacto, a solubilização deve ser feita a 1200°C, pois tal medida produz a menor fração volumétrica de precipitados. As amostras solubilizadas a 1200 e 1240°C apresentaram fase sigma (s) e carboneto M6C.132

Efeito do tratamento térmico na estrutura e nas propriedades mecânicas de um aço inoxidável superaustenítico

The austenitic stainless steel high alloyed (22Cr-25Ni-7Mo-0,3N), well known as superaustenitic, has as its main characteristic a high corrosion resistence to several environments, mainly in sea water. Furthermore the material shows good mechanical properties and thermal stability. To obtain the mentioned characteristics, the material must be thermically treated, taking into consideration the solubility of the alloy elements. Various heat treatments were performed in this research : solution heat treatment (from 1100 to 1250°C), stress relief (from 500 to 800°C) and sensitization (900°C, varing the time at 1,5h, 12h, 24h and 48h). Hardness and charpy tests were used to study the mechanical behaviour, and optical methalography was done to investigate the heat treatment influence in the material micro structure. It was observed that even with the solution at an extreamely high heat treatment temperature (1250°C), it was not possible to dissolve the precipitates formed during solidification scattering in the austenitic matrix. To maximize the energy absortion impact, the solution heat treatment must be performed between 1150°C and 1200°C and the stress relief until 500°C. In the 900°C temperature range, the material impact resistence (measured at environment temperature) decreased from 25J to 7J when the heat treatment time was increased from 1,5h to 48 h.O aço inoxidável austenítico superligado (22Cr-25Ni-7Mo-0,3N), conhecido, comumente, como superaustenítico, tem, como principal característica, a grande resistência à corrosão em ambientes severos, principalmente em água do mar. Além da resistência à corrosão, possui boas propriedades mecânicas e estabilidade térmica. Para alcançar as propriedades citadas, o material deve ser tratado termicamente, visando à solubilização dos elementos de liga. Diferentes tratamentos térmicos foram testados nesse trabalho: solubilização (de 1100 a 1250°C); alívio de tensões (500 a 800°C) e sensitização (900°C, variando-se o tempo em 1,5h, 12h, 24h, 36 e 48h). Foram realizados ensaios de dureza e impacto, além de metalografia ótica, para se verificar a influência dos tratamentos térmicos na estrutura do material. Observou-se que, mesmo com temperaturas de solubilização extremamente altas (1240°C), não foi possível dissolver os precipitados formados durante a solidificação. Para maximizar a resistência ao impacto, a solubilização deve ser feita entre 1150°C e 1200°C e o alívio de tensões, até 500ºC. Na temperatura de 900°C, a resistência ao impacto (medida na temperatura ambiente) caiu de 25 J para 7 J, quando o tempo de permanência foi elevado de 1,5 hora para 48 horas.15516

Microstructural evolution due to one thermal cycle in a superduplex stainless Steel ASTM A890/A890M - grade 6A in the as-weld and post-weld heat treatment conditions

During welding of the superduplex stainless steels are exposed to thermal cycles, allowing precipitation of deleterious phases as well as unbalance as the ferrite and austenite phases. This work analyzed the microstructural changes taking place on a plate ASTM A890/A890M - grade 6A steel submitted to arc welding one welding of pass conducted on a flat surface using coated electrode Zeron®100, in the as welded and post-welded heat treatment conditions. Microstructural characterization in the regions base metal, heat affected zone, and fusion zone were conducted by optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The post-weld heat treatment in the fusion zone changed the ferrite/austenite volumetric fraction from 59/41 to 52/48. Cr, Mo and Ni distributions in the fusion zone were altered after the post-weld heat treatment, with the concentration ratio ferrite/austenite being around 1.0; 1.1 and 0.9 to 1.1; 1.4 and 0.7, respectively. In addition, hardness reduced from 300 to 270 HV0.3 at the fusion zone.Peer ReviewedPostprint (published version

Study of shape memory effect in stainless steel using compression tests

The shape recovery properties of an Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Co based alloy were studied using compression tests. Analyzed were the elastic recovery (Er), shape recovery (Sr) and total shape recovery (T SR = Er + Sr) measurements as a function of training cycles. The results indicated that 3.3 was the best ratio between height (h o = 20 mm) and diameter (φo = 6 mm) to obtain a homogeneous deformation and defined loading curves. A major contribution of T SR was attributed to shape recovery. In the last training cycle, a T SR = 90 % was obtained, where 25% was attributed to Er.As propriedades de recuperação de forma da liga à base de Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Co foram estudadas usando ensaio de compressão. Foram analisadas medidas de recuperação elástica (Re), recuperação de forma (Rf) e recuperação de forma total (R T = Re + Rf) em função do número de ciclos de treinamento. Os resultados indicaram que 3,3 foi a melhor razão entre altura (h o = 20 mm) e diâmetro (φo = 6 mm) para se conseguirem uma deformação homogênea e curvas de carregamento bem definidas. A maior contribuição para a R T foi atribuída à recuperação de forma. No último ciclo de treinamento, foi obtida uma R T = 90%, sendo 25% atribuída a Re.493499Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Efeito da usinagem na estrutura e propriedades mecânicas do aço superaustenítico ASTM A351 CN3MN

Super austenitic stainless steels are denominated as such because they present good resistance to pitting corrosion and, also, offer excellent mechanical properties, which makes them one of the options for the production of components used by the petroleum industry. However, the superficial foundry hardening during the machining processes can change these properties. This paper aimed at investigating the effects of the machining operation on the surface of the super austenitic steel ASTM A351 CN3MN. Samples of the casted steel suffered wear due to cylindrical machining, with different cutting speeds, using indexable carbide inserts of varied geometries. The analysis of the microstructure on the casting surface was accomplished by optical microscopy and the foundry hardened surface was determined by micro-hardness. The mechanical properties of the steel were determined by traction assay. The wear in the cutting inserts was accomplished in a MEV.Os aços inoxidáveis superaustenítico são assim denominados, pois, além de apresentarem boa resistência à corrosão por pite, reúnem, também, excelentes propriedades mecânicas, o que os torna uma das opções para a fabricação de componentes utilizados pela indústria petrolífera. Entretanto o encruamento superficial, durante os processos de usinagem, pode alterar essas propriedades. Esse trabalho teve, por objetivo, investigar os efeitos da operação de torneamento, na superfície do aço superaustenítico ASTM A351 CN3MN. Amostras do aço fundido sofreram um desbaste por torneamento cilíndrico, com distintas velocidades de corte, utilizando-se de pastilhas de metal duro com geometrias variadas. A análise da microestrutura, na superfície fundida, foi realizada por microscopia óptica e a superfície encruada foi determinada através da microdureza. As propriedades mecânicas do aço foram determinadas por ensaio de tração. O desgaste nas pastilhas de corte foi observado em um MEV.838