Water and lipid artifacts removal in MRSI data of the brain using new post-processing methods

Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Sinais e Imagens Médicas) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências 2016Espectroscopia de ressonância magnética (MRS), ao contrário de imagem de ressonância magnética (MRI), permite adquirir informação metabólica em vez de apenas informação morfológica. Imagem de MRS (MRSI) no cérebro permite detetar espectros de múltiplos voxels e, consequentemente, a heterogeneidade espacial de concentrações metabólicas, o que pode ser um indicador de doenças neurológicas e metabólicas. Contudo, MRSI é tecnicamente mais desafiante em campos magnéticos ultra altos havendo algumas limitações que impedem a implementação de MRSI em diagnóstico clínico. Como as concentrações dos metabolitos no corpo são muito mais baixas do que as dos lípidos e, especialmente, da água a sensibilidade de MRS na deteção dos metabolitos é muito mais baixa. Além disso, os sinais da água e dos lípidos são várias ordens de magnitude superiores às dos metabolitos, contaminando o espectro metabólico. Deste modo, é necessário utilizar técnicas de supressão de água e de lípidos. Todavia, devido à heterogeneidade de campo magnético causada por diferenças de suscetibilidade magnéticas nas interfaces ar-tecido, os sinais de água e dos lípidos podem sofrer um desvio da sua frequência, dificultando ainda mais a sua supressão. As técnicas mais usadas para supressão de água são a chemical-shift selective water suppression (CHESS) e a variable pulse power and optimized relaxation delays (VAPOR) que é baseada em CHESS. Embora a CHESS seja mais sensível a heterogeneidades de T1 e de B1, permite tempos de repetição mais curtos do que a VAPOR. No caso dos lípidos, técnicas como supressão de volume exterior (OVS) são muito usadas, porém necessitam de pulsos de radiofrequência (RF) adicionais e gradientes de desfasamento que aumentam o tempo de aquisição. Contudo, desenvolveu-se recentemente uma crusher coil que utiliza uma pequena corrente para gerar gradientes superficiais de desfasamento, criando uma distorção de campo magnético B0 que desfasa o sinal dos lípidos, permitindo tempos de aquisição mais curtos. A resolução espacial em MRSI é limitada não só pela baixa razão sinal-ruido (SNR) dos metabolitos, mas também pelo tempo necessário para codificação em fase das dimensões espaciais. Consequentemente, MRSI adquire-se com amostragem limitada do espaço k para manter tempos de aquisição aceitáveis. Os dados de MRSI necessitam de uma reconstrução com transformada de Fourier (FT) que, devido à amostragem limitada com zero-filling do espaço k, origina efeito de Gibbs ringing. A contaminação de sinal associada a este efeito é chamada de voxel bleeding (vazamento de sinal) e pode ser caracterizada usando a função de resposta ao impulso (PSF). A PSF é descrita por uma função seno cardinal, cuja largura a meia altura do pico principal corresponde ao tamanho efetivo do voxel. A contribuição do sinal pode ser positiva ou negativa e vai diminuindo com a distância à origem da PSF. No caso de a fonte de sinal estar no centro do voxel, não causará contaminação, pois os lobos laterais da função cruzam o valor zero no centro dos voxels adjacentes, ou seja, as contribuições cancelar-se-ão. Caso a fonte esteja localizada na borda do voxel, existirá uma propagação significativa do sinal para os voxels adjacentes. Filtros de apodização do espaço k permitem reduzir os lobos laterais da PSF e, consequentemente, a contaminação. Contudo, aumentam o tamanho efetivo do voxel, diminuindo a resolução espacial efetiva. Várias técnicas para redução de contaminação de lípidos têm sido propostas. Porém, estas apresentam algumas limitações. O objetivo deste estudo é desenvolver um novo método de pós-processamento que permita reduzir a contaminação do sinal dos lípidos extracerebrais nos espectros do cérebro usando conhecimento prévio da PSF. O método desenvolvido foi chamado Reduction of Lipid contamination with Zero-padding (REDLIPZ). Realizaram-se simulações com dados de MRSI simulados para testar o método e adquiriram-se dados de MRSI de fantomas e do cérebro para validação do método. Estes dados foram ainda usados para gerar dados com menor resolução. Utilizaram-se dois fantomas, um contendo água (fantoma de água), acetato, etanol e fosfato, simulando o sinal de metabolitos, e outro contendo óleo de girassol (fantoma de lípidos), simulando o sinal dos lípidos. Apenas no caso dos fantomas, foram feitas aquisições de referência (usando apenas o fantoma de água) onde não se aplicou qualquer supressão. Nas aquisições metabólicas para os fantomas (usando os dois fantomas) e in vivo, utilizou-se supressão de água com CHESS e supressão de lípidos com a crusher coil. Os dados do fantoma foram processados com e sem um filtro de apodização do espaço k, e os dados in vivo apenas com o filtro. Foi efetuada uma remoção do sinal residual da água com pós-processamento e não foi aplicada correção para a heterogeneidade de campo B1. Foram adquiridos mapas de lípidos e dos metabolitos para melhor visualizar alterações espaciais provocadas pelos métodos. Mapas da razão entre os picos dos metabolitos e dos lípidos também foram calculados, ilustrando alterações relativas para verificar se o método tem um maior efeito nos lípidos do que nos metabolitos. Avaliaram-se os espectros de diferentes voxels, um com baixa e outro com alta contaminação mostrando o efeito do método consoante o nível de contaminação. Comparou-se a razão acetato/etanol entre espectros da aquisição de referência (aquisição apenas com o fantoma de água) e da aquisição metabólica (aquisição com ambos os fantomas) para verificar se ambos os picos sofriam alterações de maneira uniforme após aplicação dos métodos. As comparações entre resultados do fantoma processados com e sem filtro mostram o efeito do método em ambos os dados. A comparação dos resultados dos dados originais com os de baixa resolução permite verificar como o método funcionaria com dados de menor resolução. Para este método é necessário assumir previamente que a propagação do sinal dos metabolitos é insignificante e que, por isso, este efeito pode ser desprezado. A utilização de um filtro de apodização do espaço k dificulta o cálculo de uma PSF mais verdadeira. A PSF estimada para os dados do fantoma processados com o filtro, terá lobos laterais diferentes e superiores aos da PSF real apodizada pelo filtro. A presença inesperada de sinal de metabolitos nas regiões correspondentes aos lípidos deve-se aos sinais de água e dos lípidos não totalmente suprimidos. Estes causam distorções da linha de base do espectro e, consequentemente, criam falsos sinais dos metabolitos. As maiores alterações provocadas pelo método nos voxels com maior contaminação, reforçam o facto das contribuições da PSF diminuírem com a distância ao centro da PSF. Verificou-se ainda que os diferentes metabolitos não são afetados uniformemente, porque a PSF difere para as várias ressonâncias. Nos dados de menor resolução foi observada uma menor redução do sinal dos lípidos e maiores artefactos de Gibbs ringing. Estes artefactos estão de acordo com o facto de que a PSF depende da resolução da imagem. Para dados de menor resolução a PSF apresenta lobos laterais maiores. Além disso é mais difícil definir o sinal dos lípidos responsável pela contaminação devido a efeitos de volume parcial e, por essa razão, a PSF produzida será menos precisa. Por último, a heterogeneidade de B1 causa uma variação espacial nos ângulos de nutação. A grande heterogeneidade de sinal deve-se ao facto de não ter sido aplicada uma correção para a heterogeneidade de B1. A correção é necessária no caso de serem feitas comparações diretas entre picos de diferentes metabolitos no espectro. Porém, a correção de B1 não é importante para o cálculo da PSF. A PSF depende da intensidade do sinal e se for aplicada correção de B1 antes de aplicar o método, a intensidade do sinal mudaria, mas a PSF calculada também mudará consoante essa alteração. Trabalho futuro incluirá a combinação dos dados de MRSI com imagens de alta resolução de MRI. Usando a imagem de MRI, o objetivo é realizar uma seleção mais precisa do sinal dos lípidos que realmente geram contaminação melhorando a estimação da PSF destes sinais. Também o perfil de sensibilidade das bobines de receção será tido em conta. A PSF é calculada com uma ponderação relativa à sensibilidade para cada uma das bobines, e no fim é feita uma soma de todas contribuições para cada voxel. Desta forma, produz-se um conhecimento prévio da PSF mais verdadeiro. O método desenvolvido neste estudo permitiu reduzir alguma contaminação dos lípidos em dados de MRSI do cérebro, através da determinação e subtração da PSF destes contaminantes dos espectros contaminados. A redução é benéfica e necessária para deteção e quantificação da concentração corretas dos metabolitos aumentando, assim, a relevância clinica das técnicas de MRSI.MR spectroscopic (MRS) imaging has relatively low spatial resolution and the reconstruction of the data requires a Fourier transform. As a result, MRS images suffer from an effect referred to as voxel bleeding, whereby residual extra-cranial lipid signals contaminate neighboring voxels. These signals can be one to two orders of magnitude higher than the metabolites, leading to a distortion of metabolite information as well as incorrect detection and quantification. Lipid contamination reduction is necessary to enable quantification of metabolite concentrations, thus, increasing the clinical relevance of MRSI techniques. To this end, our aim was to develop a post-processing method to reduce extra-cerebral lipid tissue signal contamination in the brain tissue spectra. In this work, a new post-processing approach to reduce extra-cerebral tissue lipid signal contamination in the brain tissue spectra by using prior PSF knowledge is presented. A method named REDLIPZ (REDuction of LIPid contamination with Zero-padding) was implemented to assess the PSF knowledge via zero-padding the k-space. The measured PSF of the contaminating lipid signal was later subtracted from the contaminated data. The REDLIPZ produced some reduction of the lipid signal with minimal variations (either an increase or a decrease) in the metabolite resonances both in phantom and in vivo MRSI data acquired at ultra-high field (7T). The reduction of the lipid signal was greater in generated data with lower resolution, however, the changes in the metabolite resonances were also larger. The method was proven to reduce some lipid contamination. This is beneficial for the clinical relevance of MRSI. Combining MRSI with high resolution MR images and taking into account the receiving coil array sensitivity profiles should be both considered for a more precise and truthful measure of the PSF. Further refinement including B1 correction and pre-processing of the MRSI data is required

The impact of public credit guarantees on the economic outcomes of Smes: evidence from Portugal

Public credit guarantees attributed to SMEs as a way of boosting credit access have been widely implemented in developed countries. However, literature often focuses on financial additionality. This paper investigates, for Portugal’s case, the impact of these guarantees on the economic outcomes of firms – we study economic additionality. We utilize firm-level data provided by Banco de Portugal and rely on propensity score matching methods to derive causal results. We find evidence that public credit guarantees have incremental effects on credit, employment, total assets, and fixed assets. There is no evidence of effects on total factor productivity, wages, or profitability

Transmission of 5G signals in multicore fibers impaired by inter-core crosstalk

A capacidade de dados exigida pelo surgimento do 5G levou a mudanças na arquitetura das redes sem fios passando a incluir fibras multinúcleo (MCFs, acrónimo anglo-saxónico de multicore fibers) no fronthaul. No entanto, a transmissão de sinais nas MCFs é degradada pela interferência entre núcleos (ICXT, acrónimo anglo-saxónico de intercore crosstalk). Neste trabalho, o impacto da ICXT sobre o desempenho na transmissão de sinais CPRI (acrónimo anglo-saxónico de Common Public Radio Interface) numa rede de acesso 5G com detecção direta, suportada por MCFs homogéneas com um acoplamento reduzido entre núcleos, é estudado através de simulação numérica. A taxa de erros de bit (BER, acrónimo anglo-saxónico de bit error rate), a análise de padrões de olho, a penalidade de potência e a indisponibilidade são utilizadas como métricas para avaliar o impacto da ICXT no desempenho do sistema, considerando dois modelos para a polariza- ção dos sinais. Os resultados numéricos são obtidos através da combinação de simulação de Monte Carlo com um método semi-analítico para avaliar a BER. Para uma penalidade de potência de 1 dB, para sinais CPRI com FEC (acrónimo anglo-saxónico de forward-error correction), devido ao aumento do walkoff da MCF de 1 ps/km para 50 ps/km, a tolerância dos sinais CPRI relativamente à ICXT aumenta 1.4 dB. No entanto, para níveis de interferência que levam a uma penalidade de potência de 1 dB, o sistema está praticamente indisponível. Para alcançar uma probabilidade de indisponibilidade de 10-5 usando sinais com FEC, são necessários níveis de interferência muito mais reduzidos, abaixo de -27:8 dB e -24:8 dB, para sinais de polarização única e dupla, respectivamente. Este trabalho demonstra que é essencial estudar a indisponibilidade em vez da penalidade de potência de 1 dB para garantir a qualidade do serviço em sistemas de comunicação óptica com detecção direta suportados por MCFs homogéneas com um acoplamento reduzido entre núcleos onde a ICXT domina a degradação do desempenho.The data capacity demanded by the emergence of 5G lead to changes in the wireless network architecture with proposals including multicore fibers (MCFs) in the fronthaul. However, the transmission of signals in MCFs is impaired by intercore crosstalk (ICXT). In this work, the impact of ICXT on the transmission performance of Common Public Radio Interface (CPRI) signals in a 5G network fronthaul supported by homogeneous weakly-coupled MCFs with direct detection is studied by numerical simulation. Bit error rate (BER), eye-patterns analysis, power penalty and outage probability are used as metrics to assess the ICXT impact on the system performance, considering two models for the signals polarizations. The results are obtained by combining Monte Carlo simulation and a semi-analytical method to assess numerically the BER. For 1 dB power penalty, with forward error correction (FEC) CPRI signals, due to the increase of the MCF walkoff from 1 ps/km to 50 ps/km, an improvement of the tolerance of CPRI signals to ICXT of 1.4 dB is observed. However, for crosstalk levels that lead to 1 dB power penalty, the system is unavailable with very high outage probability. To reach a reasonable outage probability of 10−5 for FEC signals, much lower crosstalk levels, below -27:8 dB, and -24:8 dB, for single and dual polarization signals, respectively, are required. Hence, this work shows that it is essential to study the outage probability instead of the 1 dB power penalty to guarantee quality of service in direct-detection optical communication systems supported by weakly-coupled homogeneous MCFs and impaired by ICXT

Mechanical behavior of dowel connection for timber-concrete composite rural bridges

This study focuses on the evaluation of the mechanical behavior of two types of connections for intended use in rural Timber‑Concrete Composite traffic bridges. The two connection types used were the “X” type connection – XD and the dowel type connection – PD. Firstly, static shear tests in small-scale specimens were performed in both connection types and higher results were obtained for the XD series, both for stiffness and load carrying capacity. Secondly, the PD connection was chosen, based on practical and economical aspects, for further testing also in small-scale specimens, including cyclic tests. The influence of the number of cycles in the connection stiffness and load carrying capacity was evaluated. It was concluded that the load carrying capacity increased after the application of a pre-defined number of load cycles and that the connection stiffness increased 80.6% and 34.1% after 10,000 and 1,000 cycles, respectively, for different applied load levels. Also the increase of load level in the cyclic tests affected the performance of the connection, leading to a decrease in stiffness

Analysis of the crack growth behavior in a double cantilever beam adhesive fracture test using digital image processing techniques

Digital image processing (DIP) techniques offer interesting possibilities in various fields of science.Automated analyses may significantly reduce the necessary manpower for certain cumbersometasks. The analysis of large series of images may be done in less time, since automatedimage processing techniques are able to work efficiently and with constant quality 24h per day.In this work, a series of images obtained by a high-speed camera is analyzed in order to determinethe crack growth behavior during a double cantilever beam (DCB) test [1]. The presentwork represents a contribution to the effort of automatizing the crack growth measurement,comparing various different techniques which may later be optimized for a specific task.Detecting cracks automatically from test images obtained by a digital camera is a difficult task,since the quality of crack images depends on the test conditions. The roughness of the specimensurface, luminance condition, and the camera itself may influence the detection quality.The specimens tested in this work where painted with white colour since this was found to leadto the best contrast for crack detection. High accuracy may only be expected if a sufficientlyhigh resolution is acquired by the camera and if the available lens setup is optimized for thespecific task.The DCB test is performed in order to obtain the experimental compliance-crack length curveof a polymeric adhesive. Accurate and reliable crack length measurement is indispensable forthe generation of the previously mentioned compliance-crack length curves. It should be notedthat due to the lenses used, unlike shown by Ryu [2], the distance to the specimen is higher than800 mm. This distance has to be reduced by the use of a different lens setup in order to get abetter accuracy of the results. Nevertheless a comparison between different DIP methods is possible.Four different algorithms were developed using The MathWorks MatLab, Massachusetts[3] in order to automatically measure the crack length and a comparison of the obtained resultsis made.Algorithm A is based on thresholding [4] each image of the sequence in order to detect thewhite painted region around the crack. In algorithm B, the image sequence is processed by afilter which reinforces horizontal lines such as the crack, and then isolated pixels are removedfrom the images using morphological cleaning [4]. In algorithm C, the first of two consecutiveimages is subtracted from the second one in order to detect the crack as a difference betweenboth images. Algorithm D is based on the optical flow concept developed by Horn [5]. Thebasic idea is to determine the velocity of each pixel in the image when this changes its positionfrom one image to the next in the analyzed sequence, and relate this information to the growing crack

Measurement of the differential cross-section of B+B^{+} meson production in pp collisions at s\sqrt{s} = 7 TeV at ATLAS

The production cross-section of B+ mesons is measured as a function of transverse momentum pT and rapidity y in proton--proton collisions at center-of-mass energy sqrt(s) = 7 TeV, using 2.4 fb-1 of data recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The differential production cross-sections, determined in the range 9<pT<120 GeV and y<2.25, are compared to next-to-leading-order theoretical predictions.Peer Reviewe

Dynamics of isolated-photon plus jet production in pp collisions at (s)=7\sqrt(s)=7 TeV with the ATLAS detector

The dynamics of isolated-photon plus jet production in pp collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV has been studied with the ATLAS detector at the LHC using an integrated luminosity of 37 pb^-^1. Measurements of isolated-photon plus jet bin-averaged cross sections are presented as functions of photon transverse energy, jet transverse momentum and jet rapidity. In addition, the bin-averaged cross sections as functions of the difference between the azimuthal angles of the photon and the jet, the photon-jet invariant mass and the scattering angle in the photon-jet centre-of-mass frame have been measured. Next-to-leading-order QCD calculations are compared to the measurements and provide a good description of the data, except for the case of the azimuthal opening angle.Peer Reviewe

Portuguese Football Federation consensus statement 2020: nutrition and performance in football

Nutrition is an undeniable part of promoting health and performance among football (soccer) players. Nevertheless, nutritional strategies adopted in elite football can vary significantly depending on culture, habit and practical constraints and might not always be supported by scientific evidence. Therefore, a group of 28 Portuguese experts on sports nutrition, sports science and sports medicine sought to discuss current practices in the elite football landscape and review the existing evidence on nutritional strategies to be applied when supporting football players. Starting from understanding football's physical and physiological demands, five different moments were identified: preparing to play, match-day, recovery after matches, between matches and during injury or rehabilitation periods. When applicable, specificities of nutritional support to young athletes and female players were also addressed. The result is a set of practical recommendations that gathered consensus among involved experts, highlighting carbohydrates periodisation, hydration and conscious use of dietary supplements.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Measurements of Higgs boson production and couplings in diboson final states with the ATLAS detector at the LHC

Measurements are presented of production properties and couplings of the recently discovered Higgs boson using the decays into boson pairs, $H\rightarrow\gamma\gamma$, $H\rightarrow ZZ^{*}\rightarrow 4 \ell$ and $H\rightarrow W W \rightarrow \ell\nu\ell\nu$. The results are based on the complete pp collision data sample recorded by the ATLAS experiment at the CERN Large Hadron Collider at centre-of-mass energies of 7 TeV and 8 TeV, corresponding to an integrated luminosity of about 25 fb$^{-1}$. Evidence for Higgs boson production through vector-boson fusion is reported. Results of combined fits probing Higgs boson couplings to fermions and bosons, as well as anomalous contributions to loop-induced production and decay modes, are presented. All measurements are consistent with expectations for the Standard Model Higgs boson.Peer Reviewe

Predictors of cardiac involvement in idiopathic inflammatory myopathies

Copyright © 2023 Bandeira, Dourado, Melo, Martins, Fraga, Ferraro, Saraiva, Sousa, Parente, Soares, Correia, Almeida, Dinis, Pinto, Oliveira Pinheiro, Rato, Beirão, Samões, Santos, Mazeda, Chícharo, Faria, Neto, Lourenço, Brites, Rodrigues, Silva-Dinis, Dias, Araújo, Martins, Couto, Valido, Santos, Barreira, Fonseca and Campanilho-Marques. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.Objectives: Idiopathic inflammatory myopathies (IIM) are a group of rare disorders that can affect the heart. This work aimed to find predictors of cardiac involvement in IIM. Methods: Multicenter, open cohort study, including patients registered in the IIM module of the Rheumatic Diseases Portuguese Register (Reuma.pt/Myositis) until January 2022. Patients without cardiac involvement information were excluded. Myo(peri)carditis, dilated cardiomyopathy, conduction abnormalities, and/or premature coronary artery disease were considered. Results: 230 patients were included, 163 (70.9%) of whom were females. Thirteen patients (5.7%) had cardiac involvement. Compared with IIM patients without cardiac involvement, these patients had a lower bilateral manual muscle testing score (MMT) at the peak of muscle weakness [108.0 ± 55.0 vs 147.5 ± 22.0, p=0.008] and more frequently had oesophageal [6/12 (50.0%) vs 33/207 (15.9%), p=0.009] and lung [10/13 (76.9%) vs 68/216 (31.5%), p=0.001] involvements. Anti-SRP antibodies were more commonly identified in patients with cardiac involvement [3/11 (27.3%) vs 9/174 (5.2%), p=0.026]. In the multivariate analysis, positivity for anti-SRP antibodies (OR 104.3, 95% CI: 2.5-4277.8, p=0.014) was a predictor of cardiac involvement, regardless of sex, ethnicity, age at diagnosis, and lung involvement. Sensitivity analysis confirmed these results. Conclusion: Anti-SRP antibodies were predictors of cardiac involvement in our cohort of IIM patients, irrespective of demographical characteristics and lung involvement. We suggest considering frequent screening for heart involvement in anti-SRP-positive IIM patients.info:eu-repo/semantics/publishedVersio