Tuning Iris Recognition for Noisy Images

The use of iris recognition for human authentication has been spreading in the past years. Daugman has proposed a method for iris recognition, composed by four stages: segmentation, normalization, feature extraction, and matching. In this paper we propose some modifications and extensions to Daugman's method to cope with noisy images. These modifications are proposed after a study of images of CASIA and UBIRIS databases. The major modification is on the computationally demanding segmentation stage, for which we propose a faster and equally accurate template matching approach. The extensions on the algorithm address the important issue of pre-processing that depends on the image database, being mandatory when we have a non infra-red camera, like a typical WebCam. For this scenario, we propose methods for reflection removal and pupil enhancement and isolation. The tests, carried out by our C# application on grayscale CASIA and UBIRIS images show that the template matching segmentation method is more accurate and faster than the previous one, for noisy images. The proposed algorithms are found to be efficient and necessary when we deal with non infra-red images and non uniform illumination.

Optimização dos protocolos de reconstrução em imagens TC de AVC isquémico agudo: projecto

Mestrado de Radiações aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Imagem Digital com Radiação X.

Evaluation of the respiratory motion effect in small animal PET images with GATE Monte Carlo simulations

The rapid growth in genetics and molecular biology combined with the development of techniques for genetically engineering small animals has led to increased interest in in vivo small animal imaging. Small animal imaging has been applied frequently to the imaging of small animals (mice and rats), which are ubiquitous in modeling human diseases and testing treatments. The use of PET in small animals allows the use of subjects as their own control, reducing the interanimal variability. This allows performing longitudinal studies on the same animal and improves the accuracy of biological models. However, small animal PET still suffers from several limitations. The amounts of radiotracers needed, limited scanner sensitivity, image resolution and image quantification issues, all could clearly benefit from additional research. Because nuclear medicine imaging deals with radioactive decay, the emission of radiation energy through photons and particles alongside with the detection of these quanta and particles in different materials make Monte Carlo method an important simulation tool in both nuclear medicine research and clinical practice. In order to optimize the quantitative use of PET in clinical practice, data- and image-processing methods are also a field of intense interest and development. The evaluation of such methods often relies on the use of simulated data and images since these offer control of the ground truth. Monte Carlo simulations are widely used for PET simulation since they take into account all the random processes involved in PET imaging, from the emission of the positron to the detection of the photons by the detectors. Simulation techniques have become an importance and indispensable complement to a wide range of problems that could not be addressed by experimental or analytical approaches.

Conectividade estrutural do cérebro

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Ressonância Magnética

Caracterização de regiões encefálicas no cérebro normal por tensor de difusão e aplicação à epilepsia pós-traumática

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde.

Convex Total Variation Denoising of Poisson Fluorescence Confocal Images With Anisotropic Filtering

Fluorescence confocal microscopy (FCM) is now one of the most important tools in biomedicine research. In fact, it makes it possible to accurately study the dynamic processes occurring inside the cell and its nucleus by following the motion of fluorescent molecules over time. Due to the small amount of acquired radiation and the huge optical and electronics amplification, the FCM images are usually corrupted by a severe type of Poisson noise. This noise may be even more damaging when very low intensity incident radiation is used to avoid phototoxicity. In this paper, a Bayesian algorithm is proposed to remove the Poisson intensity dependent noise corrupting the FCM image sequences. The observations are organized in a 3-D tensor where each plane is one of the images acquired along the time of a cell nucleus using the fluorescence loss in photobleaching (FLIP) technique. The method removes simultaneously the noise by considering different spatial and temporal correlations. This is accomplished by using an anisotropic 3-D filter that may be separately tuned in space and in time dimensions. Tests using synthetic and real data are described and presented to illustrate the application of the algorithm. A comparison with several state-of-the-art algorithms is also presented.

Physiologic effect of caffeine on susceptibility-weighted imaging

Susceptibility-weighted imaging (SWI) is a relatively new contrast in MR imaging. Previous studies have found an effect of caffeine in the contrast generated by SWI images. The present study investigates the effect of caffeine on contrast-to-noise ratio (CNR) in SWI.

Lesões da substância branca por ressonância magnética: uma avaliação entre as ponderações DWI e T2 FLAIR

RESUMO: Objetivos – Determinar a sensibilidade e especificidade das ponderações Difusão (DWI) e T2 Fluid-Attenuated Inversion Recovery (FLAIR) na avaliação de lesões da substância branca (SB) e verificar em que medida se complementam, por forma a criar um conjunto de boas práticas na RM cranioencefálica de rotina. Metodologia – Recorrendo-se a uma metodologia quantitativa, efetuou-se uma análise retrospetiva da qual foram selecionados 30 pacientes, 10 sem patologia e 20 com patologia (2 com EM, 7 com Leucoencefalopatia, 6 com doença microangiopática e 5 com patologia da substância branca indefinida). Obteve-se uma amostra de 60 imagens, nomeadamente: 30 imagens ponderadas em DWI e 30 em T2 FLAIR. Recorrendo ao programa Viewdex®, três observadores avaliaram um conjunto de imagens segundo sete critérios: visibilidade, deteção, homogeneidade, localização, margens e dimensões da lesão e capacidade de diagnóstico. Com os resultados obtidos recorreu-se ao cálculo de sensibilidade e especificidade pelas Curvas ROC, bem como à análise estatística, nomeadamente, Teste-T, Índice de Concordância Kappa e coeficiente de correlação de Pearson entre as variáveis em estudo. Resultados – Os resultados de sensibilidade e de especificidade obtidos para a ponderação T2 FLAIR foram superiores (0,915 e 0,038, respetivamente) aos da ponderação DWI (0,08 e 0,100, respetivamente). Não se verificaram variâncias populacionais significativas. Obteve-se uma elevada correlação linear entre as variáveis com um valor r situado entre 0,8 e 0,99. Verificou-se também uma variabilidade considerável entre os observadores. Conclusões – Dados os baixos valores de sensibilidade e especificidade obtidos para a DWI, sugere-se que esta deva ser incluída no protocolo de rotina de crânio como auxiliar no diagnóstico diferencial com outras patologias.

Denoising of LSFCM images with compensation for the photoblinking/photobleaching effects

Fluorescence confocal microscopy images present a low signal to noise ratio and a time intensity decay due to the so called photoblinking and photobleaching effects. These effects, together with the Poisson multiplicative noise that corrupts the images, make long time biological observation processes very difficult.

Conectividade estrutural do cérebro: diferenças entre um cérebro normal e um cérebro com patologia

Perceber a rede estrutural formada pelos neurónios no cérebro a nível da macro escala é um desafio atual na área das neurociências. Neste estudo analisou-se a conectividade estrutural do cérebro em 22 indivíduos saudáveis e em dois doentes com epilepsia pós-traumática. Avaliaram-se as diferenças entre estes dois grupos. Também se pesquisaram diferenças a nível do género e idade no grupo de indivíduos saudáveis e os que têm valores médios mais elevados nas métricas de caracterização da rede. Para tal, desenvolveu-se um protocolo de análise recorrendo a diversos softwares especializados e usaram-se métricas da Teoria dos Grafos para a caracterização da conectividade estrutural entre 118 regiões encefálicas distintas. Dentro do grupo dos indivíduos saudáveis concluiu-se que os homens, no geral, são os que têm média mais alta para as métricas de caracterização da rede estrutural. Contudo, não se observaram diferenças significativas em relação ao género nas métricas de caracterização global do cérebro. Relativamente à idade, esta correlaciona-se negativamente, no geral, com as métricas de caracterização da rede estrutural. As regiões onde se observaram as diferenças mais importantes entre indivíduos saudáveis e doentes são: o sulco rolândico, o hipocampo, o pré-cuneus, o tálamo e o cerebelo bilateralmente. Estas diferenças são consistentes com as imagens radiológicas dos doentes e com a literatura estudada sobre a epilepsia pós-traumática. Preveem-se desenvolvimentos para o estudo da conectividade estrutural do cérebro humano, uma vez que a sua potencialidade pode ser combinada com outros métodos de modo a caracterizar as alterações dos circuitos cerebrais.

Ressonância magnética funcional na localização de paradigma motor

Objetivos – Um dos principais objetivos da neurociência tem sido, desde sempre, compreender as funcionalidades do cérebro. A introdução da ressonância magnética funcional contribuiu em grande escala para o desenvolvimento do estudo cerebral. Assim, esta investigação tem como principal objetivo identificar e desenhar os diferentes perfis de localizações cerebrais, a nível do córtex motor, numa população jovem saudável, permitindo, assim, um maior conhecimento nesta área e dando um contributo à área da neurologia. Material e métodos – Foi realizado um estudo de ressonância magnética funcional em 30 indivíduos saudáveis numa clínica de imagiologia médica. Para tal recorreu-se a equipamento adequado para a recolha de dados. O paradigma motor utilizado foi o movimento dos dedos das mãos. Através das imagens obtidas foi medida a área de cada região ativa. Com o suporte do programa SPSS (versão 19) todos os valores foram tratados estatisticamente. Conclusão – Após todo este processo concluiu-se que a área do cérebro maioritariamente ativa, no momento do paradigma motor, encontra-se no hemisfério esquerdo.

Mapeamento das regiões cerebrais associadas ao engano

Mestrado em Radiações aplicadas às Tecnologias da Saúde - Ramo de Ressonância Magnética

Avaliação por fMRI do córtex visual, motor e auditivo através de estimulação sensoriomotora e sonora em desportistas invisuais e desportistas sem deficiência visual

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde - Ramo de especialização: Imagem por Ressonância Magnética

Relatório de estágio

I (Prática Pedagógica)- No que se refere à secção da tese dedicada ao estágio, esta pretende desenvolver uma síntese do que se passou ao longo deste ano lectivo. Durante o ano lectivo 2012/2013, tive a oportunidade de assistir a aulas ministradas pela professora Ana Valente. A tese procura focar variados aspectos das aulas a que assisti. De uma forma geral, o relatório do estágio evidencia vários aspectos: metodologias de ensino, questões motivacionais, relação aluno/professor, questões de disciplina, entre outras. No decorrer das aulas, foi possível constatar muitas dessas questões na prática. Tentei registar as actividades desenvolvidas nas aulas relativas a várias questões, nomeadamente questões relacionadas com a prática do instrumento, assim como outras relacionadas com a noção de musicalidade. Como resultado, esta secção apresenta diversos tipos de estratégias de ensino, ilustrando exemplos práticos que efectivamente se passaram nas aulas. É essencialmente, uma secção dedicada à reflexão sobre metodologias de ensino e estudo. A segunda parte desta secção é relativa à análise das gravações das aulas dadas por mim e pretende sobretudo focar-se na crítica pessoal. É uma parte importante do estágio, em que tenho a oportunidade de observar a minha forma pedagógica de lidar com os alunos. Por fim, a terceira parte do relatório refere-se à observação crítica da abordagem da professora tendo por base o meu ponto de vista. Esta parte pretende essencialmente descrever e analisar a forma como a professora dá as aulas. Com base no que disse anteriormente, esta parte do trabalho mostra mais em detalhe as metodologias e estratégias de ensino utilizadas pela professora em questão. De um modo geral, esta secção pretende descrever as três vertentes que mencionei anteriormente (relatório das aulas, análise das gravações, observação crítica ao método pedagógico da professora).

Assessment of the quality of brain regions and neuroimaging metrics as biomarkers of Alzheimer’s disease

Alzheimer Disease (AD) is characterized by progressive cognitive decline and dementia. Earlier diagnosis and classification of different stages of the disease are currently the main challenges and can be assessed by neuroimaging. With this work we aim to evaluate the quality of brain regions and neuroimaging metrics as biomarkers of AD. Multimodal Imaging Brain Connectivity Analysis (MIBCA) toolbox functionalities were used to study AD by T1weighted, Diffusion Tensor Imaging and 18FAV45 PET, with data obtained from the AD Neuroimaging Initiative database, specifically 12 healthy controls (CTRL) and 33 patients with early mild cognitive impairment (EMCI), late MCI (LMCI) and AD (11 patients/group). The metrics evaluated were gray-matter volume (GMV), cortical thickness (CThk), mean diffusivity (MD), fractional anisotropy (FA), fiber count (FiberConn), node degree (Deg), cluster coefficient (ClusC) and relative standard-uptake-values (rSUV). Receiver Operating Characteristic (ROC) curves were used to evaluate and compare the diagnostic accuracy of the most significant metrics and brain regions and expressed as area under the curve (AUC). Comparisons were performed between groups. The RH-Accumbens/Deg demonstrated the highest AUC when differentiating between CTRLEMCI (82%), whether rSUV presented it in several brain regions when distinguishing CTRL-LMCI (99%). Regarding CTRL-AD, highest AUC were found with LH-STG/FiberConn and RH-FP/FiberConn (~100%). A larger number of neuroimaging metrics related with cortical atrophy with AUC>70% was found in CTRL-AD in both hemispheres, while in earlier stages, cortical metrics showed in more confined areas of the temporal region and mainly in LH, indicating an increasing of the spread of cortical atrophy that is characteristic of disease progression. In CTRL-EMCI several brain regions and neuroimaging metrics presented AUC>70% with a worst result in later stages suggesting these indicators as biomarkers for an earlier stage of MCI, although further research is necessary.