Characterization and modelling of complex motion patterns

Movement analysis is the principle of any interaction with the world and the survival of living beings completely depends on the effciency of such analysis. Visual systems have remarkably developed eficient mechanisms that analyze motion at different levels, allowing to recognize objects in dynamical and cluttered environments. In artificial vision, there exist a wide spectrum of applications for which the study of complex movements is crucial to recover salient information. Yet each domain may be different in terms of scenarios, complexity and relationships, a common denominator is that all of them require a dynamic understanding that captures the relevant information. Overall, current strategies are highly dependent on the appearance characterization and usually they are restricted to controlled scenarios. This thesis proposes a computational framework that is inspired in known motion perception mechanisms and structured as a set of modules. Each module is in due turn composed of a set of computational strategies that provide qualitative and quantitative descriptions of the dynamic associated to a particular movement. Diverse applications were herein considered and an extensive validation was performed for each of them. Each of the proposed strategies has shown to be reliable at capturing the dynamic patterns of different tasks, identifying, recognizing, tracking and even segmenting objects in sequences of video.Resumen. El análisis del movimiento es el principio de cualquier interacción con el mundo y la supervivencia de los seres vivos depende completamente de la eficiencia de este tipo de análisis. Los sistemas visuales notablemente han desarrollado mecanismos eficientes que analizan el movimiento en diferentes niveles, lo cual permite reconocer objetos en entornos dinámicos y saturados. En visión artificial existe un amplio espectro de aplicaciones para las cuales el estudio de los movimientos complejos es crucial para recuperar información saliente. A pesar de que cada dominio puede ser diferente en términos de los escenarios, la complejidad y las relaciones de los objetos en movimiento, un común denominador es que todos ellos requieren una comprensión dinámica para capturar información relevante. En general, las estrategias actuales son altamente dependientes de la caracterización de la apariencia y por lo general están restringidos a escenarios controlados. Esta tesis propone un marco computacional que se inspira en los mecanismos de percepción de movimiento conocidas y esta estructurado como un conjunto de módulos. Cada módulo esta a su vez compuesto por un conjunto de estrategias computacionales que proporcionan descripciones cualitativas y cuantitativas de la dinámica asociada a un movimiento particular. Diversas aplicaciones fueron consideradas en este trabajo y una extensa validación se llevó a cabo para cada uno de ellas. Cada una de las estrategias propuestas ha demostrado ser fiable en la captura de los patrones dinámicos de diferentes tareas identificando, reconociendo, siguiendo e incluso segmentando objetos en secuencias de video.Doctorad

Propuesta de planeación estratégica para reducir la congestión vial en horas pico en la ciudad de Pereira periodo 2012-2016

CD-T 388.413143 L388; 230 pEl trabajo se divide en dos bloques, en su primer capítulo se analizan los factores fundamentales que contribuyen a la congestión vial del municipio, analizando las principales variables como: el parque automotor, la caracterización de las vías de la ciudad, el Sistema Integral de Transporte Masivo MEGABÚS y la cultura de no carro, en el período comprendido entre 2012 y 2016. En el segundo capítulo se realiza una propuesta de plan estratégico que contribuya a la solución del problema con base en la información obtenida entre 2012 y 2016, para lo cual se analizan los problemas de asignación de presupuesto para vías, señalización con base a los informes fiscales de la contraloría municipal, los informes de gestión de la Alcaldía, el Instituto Municipal de Transporte y los boletines del DANE.Universidad Libre Seccional Pereir

Digitalization of the IOM: A comprehensive cadaveric study for obtaining three-dimensional models and morphological properties of the forearm's interosseous membrane

State-of-the-art of preoperative planning for forearm orthopaedic surgeries is currently limited to simple bone procedures. The increasing interest of clinicians for more comprehensive analysis of complex pathologies often requires dynamic models, able to include the soft tissue influence into the preoperative process. Previous studies have shown that the interosseous membrane (IOM) influences forearm motion and stability, but due to the lack of morphological and biomechanical data, existing simulation models of the IOM are either too simple or clinically unreliable. This work aims to address this problematic by generating 3D morphological and tensile properties of the individual IOM structures. First, micro- and standard-CT acquisitions were performed on five fresh-frozen annotated cadaveric forearms for the generation of 3D models of the radius, ulna and each of the individual ligaments of the IOM. Afterwards, novel 3D methods were developed for the measurement of common morphological features, which were validated against established optical ex-vivo measurements. Finally, we investigated the individual tensile properties of each IOM ligament. The generated 3D morphological features can provide the basis for the future development of functional planning simulation of the forearm

Malunion deformity of the forearm: Three-dimensional length variation of interosseous membrane and bone collision

It remains unclear to what extent the interosseous membrane (IOM) is affected through the whole range of motion (ROM) in posttraumatic deformities of the forearm. The purpose of this study is to describe the ligament- and bone-related factors involved in rotational deficit of the forearm. Through three-dimensional (3D) kinematic simulations on one cadaveric forearm, angular deformities of 5° in four directions (flexion, extension, valgus, varus) were produced at two locations of the radius and the ulna (proximal and distal third). The occurrence of bone collision in pronation and the linear length variation of six parts of the IOM through the whole ROM were compared between the 32 types of forearm deformities. Similar patterns could be observed among four groups: 12 types of deformity presented increased bone collision in pronation, 8 presented an improvement of bone collision with an increase of the mean linear lengthening of the IOM in neutral rotation, 6 had an increased linear lengthening of the IOM in supination with nearly unchanged bone collision in pronation and 6 types presented nearly unchanged bone collision in pronation with a shortening of the mean linear length of IOM in supination or neutral rotation. This kinematic analysis provides a better understanding of the ligament- and bone-related factors expected to cause rotational deficit in forearm deformity and may help to refine the surgical indications of patient-specific corrective osteotomy

Intraoperative tissue classification methods in orthopedic and neurological surgeries: A systematic review

Accurate tissue differentiation during orthopedic and neurological surgeries is critical, given that such surgeries involve operations on or in the vicinity of vital neurovascular structures and erroneous surgical maneuvers can lead to surgical complications. By now, the number of emerging technologies tackling the problem of intraoperative tissue classification methods is increasing. Therefore, this systematic review paper intends to give a general overview of existing technologies. The review was done based on the PRISMA principle and two databases: PubMed and IEEE Xplore. The screening process resulted in 60 full-text papers. The general characteristics of the methodology from extracted papers included data processing pipeline, machine learning methods if applicable, types of tissues that can be identified with them, phantom used to conduct the experiment, and evaluation results. This paper can be useful in identifying the problems in the current status of the state-of-the-art intraoperative tissue classification methods and designing new enhanced techniques

Amplificación oncogénica como marcador tumoral en un grupo de pacientes con cáncer pulmonar

Introduction: In spite of recent treatment advances, lung cancer continues to be the first world cancer related death cause; its mortality associated occupied the fifth place in Colombia in 2004. Complete surgical resection is the therapeutic option with the greatest cure probability, however it results frequently ineffective given the current incapacity in Colombia to an early detection of the disease. This study reports the characterization of a group of 30 lung cancer patients regarding the gene dose (gene copy number) found at the loci corresponding to genes EGFR (erb B1), PIK3CA and C-myc in tumor samples, and compares the results with the dose found in adjacent lung from the same patients. Methods: The gene dose of EGFR (erbB1), PIK3CA, and C-myc were measured by real time PCR in matched tumor and normal lung tissue samples. Results are expressed as the multiplicity of each gene dose with respect to a single copy reference gene. In this case the gene HHB (human hemoglobin). Antiquity of the cases ranged from 5 to 10 years. Results: An increased gene dose for EGFR and PIK3CA was a feature clearly associated to the tumor phenotype of the sample (found in 96 and 100% of the tumors respectively). Quantitative measure of this feature demonstrated for both genes a high sensitivity and specificity for tumor/normal discrimination as confirmed by the ROC analysis. On the other hand, the Spearman test showed a great correlation between EGFR and PIK3CA doses (ρ=0.75). C-myc was the gene whose dose was less consistently correlated to the tumor phenotype, however most of the patients with amplified C-myc presented distant spread of tumor cells (metastasis) at diagnosis. Conclusion: Quantitative measurement of EGFR, PIK3CA, and C-myc gene dose by real time PCR provides a method for tumor phenotype recognition in DNA samples from lung tissue. These markers can be considered at the construction of a marker panel for lung cancer detection on alternative, non-invasive clinical samples. However clinical value will depend on the use of additional molecular markers, some of which could be of epigenetic character. Introducción: A pesar de los avances terapéuticos actuales, el cáncer de pulmón sigue como la primera causa de muerte por cáncer en el mundo, ocupando Colombia el quinto lugar en mortalidad por este tipo de afección en el 2004. La resección quirúrgica total es la alternativa terapéutica con mayores probabilidades de curaciones, pero resulta poco efectiva en el país por la incapacidad actual para detectar tempranamente la enfermedad. Este trabajo informa la caracterización de un grupo de 30 pacientes con cáncer de pulmón con referencia a la dosis génica hallada en los loci correspondientes a los genes EGFR (erb B1), PIK3CA y C-myc en muestras tumorales, comparada con la dosis encontrada en el tejido normal adyacente de los mismos enfermos. Métodos: La dosis génica se midió en cada caso por PCR en tiempo real sobre ADN aislado de tejido tumoral y normal preservado en parafina de cada paciente. Los resultados se expresan como el número de veces que la dosis de cada gen sobrepasa la dosis de un gen de referencia, en este caso el HHB (hemoglobina humana β). El rango de antigüedad de los casos fue de 5 a 10 años. Resultados: Una dosis génica incrementada para los genes EGFR, PIK3CA demostró ser una característica claramente asociada con el fenotipo tumoral (96% y 100% de los tumores respectivamente). La medición cuantitativa de dicho fenómeno demostró en ambos casos gran sensibilidad y especificidad para la discriminación tumor/normal como lo confirma el análisis ROC. Por otro lado, la amplificación simultánea de ambos genes en el mismo paciente fue un hecho observado con alta frecuencia (Spearman=0.75). La dosis de C-myc mostró una asociación menos consistente con el carácter tumoral, sin embargo todos los pacientes con C-myc amplificado presentaron dispersión distante de células tumorales (metástasis). Conclusión: La detección cuantitativa del estado de amplificación de los genes EGFR, PIK3CA y C-myc por PCR en tiempo real provee un medio sensible para reconocer el fenotipo tumoral en muestras de ADN extraído de tejido pulmonar. Estos marcadores podrían considerarse en el desarrollo de sistemas de detección (paneles) orientados a muestras clínicas alternativas como el plasma sanguíneo. Sin embargo, la definición de un panel de marcadores con valor clínico requiere el estudio de marcadores adicionales entre los cuales podrían incluirse algunos de tipo epigenético

Detección del virus del papiloma humano (VPH) en ADN de plasma restaurado de mujeres en quienes se diagnosticaron lesiones pre-invasivas y cáncer cervical invasivo

Objective: To improve the sensitivity of Human Papillomavirus (HPV) detection in plasma from high-grade cervical neoplasia patients (CIN III) and cervical cancer (CC) evaluating any likely correlation with disease stage. Method: We subjected plasma DNA isolates from 112 patients (CIN and ICC) to a pre-PCR restoration treatment to improve detection sensitivity. HPV-specific sequences were detected by conventional PCR both in cervical scrapes and plasma DNA obtained from each patient. For every single DNA sample, both non-restored and restored isolates were PCR analyzed. Results: We detected HPV in plasma DNA isolates with significantly higher efficiency on restored plasma-DNA as compared to each non-restored equivalent, still maintaining close correlation with the clinical stage of the cases. By analyzing plasma-DNA isolates we could classify as HPV positive >50.0% of the cases that were previously known to be positive from the cervical scrape based assay. Interestingly, 100% of the cases in which subtype HPV18 was detected in cervical scrapes were also positive in plasma DNA. Conclusions: Restoration of plasma DNA from cervical cancer patients allows a more sensitive PCR-based HPV detection, maintaining the correlation to disease stage traditionally observed. Objetivo: Mejorar la sensibilidad y la detección del virus del papiloma humano (VPH) en el plasma de pacientes con neoplasias intraepiteliales de alto grado (NIEAG) y cáncer de cuello uterino (CCU) para evaluar si existe una relación con el estadío de la enfermedad. Método: Los ADN de plasma aislados de 112 pacientes (NIC y CCU) se sometieron a restauración mediante reacción de la polimerasa en cadena (siglas en inglés, PCR), para mejorar su calidad como sustrato para PCR. En cada paciente se detectaron secuencias específicas del VPH por PCR convencional, tanto en exudados cérvico-vaginales como en ADN del plasma. Por cada muestra se analizaron por PCR, cantidades equivalentes del ADN aislado, tanto no restaurado como restaurado. Resultados: Para las muestras pareadas se pudo detectar VPH en ADN de plasma de forma más eficiente en los materiales restaurados, pues se mantuvo una estrecha correlación con el estadío clínico de los casos. Mediante el análisis de ADN de plasma es posible detectar como VPH positivas más de 50% de los casos que se identificaron previamente como positivos en citología de cuello uterino. Se enfatiza el hecho que 100% de los casos en los que el subtipo VPH18 fue descubierto en exudado cérvico-vaginal también fueron positivos en el ADN de plasma. Conclusiones: El proceso de restauración de ADN de plasma de pacientes con cáncer de cuello uterino permite mejorar la detección de VPH, por PCR, y mantener la correlación con el estadío de la enfermedad