Sistema informàtic de gestió, processament i anàlisi d'imatges confocals per a l'ajuda en la diagnosi del càncer de pell

El càncer de pell es considera un dels tipus de càncer més freqüents actualment, entre d'altres factors degut a l'augment en l'exposició a la radiació ultraviolada (UV). Recentment la utilització de la Microscòpia Confocal (MCF) per a l'avaluació i diagnosi del càncer de pell ha rebut un important interès. El principal avantatge és la capacitat de visualitzar en temps real la regió d'interès a nivell cel·lular, similar a la informació obtinguda en una biòpsia, sense el patiment que suposa per al pacient. El principal inconvenient però, és que les imatges obtingudes amb MCF són difícils d'interpretar per als metges en el format actual (conjunt de talls 2D a diferents profunditats de la pell).El microscopi confocal és una de les tècniques més actuals de diagnòstic, i s'ha establert com a una eina per obtenir imatges d'alta resolució i reconstruccions 3-D d'una gran varietat de mostres biològiques. És capaç d'escombrar diferents plans en l'eix Z, obtenint imatges 2D de diferent profunditat juntament amb la informació dels paràmetres de captura (com ara la profunditat, potència del làser, posicionament en x,y,z, etc). Mitjançant eines informàtiques es pot integrar aquesta informació en un model 3D de la regió d'interès. L'objectiu principal d'aquest projecte és el desenvolupament d'una eina per a l'ajuda en la interpretació de les imatges MCF i així poder millorar el diagnosi del càncer de pell

Natural abundance of stable isotopes (15N and 13C) and isotopic fractionation of sea bream muscle as markers of food and culture conditions and its relationship with metabolic and proteomic analyses

Els isòtops estables com a traçadors de la cadena alimentària, s'han utilitzat per caracteritzar la relació entre els consumidors i els seus aliments, ja que el fraccionament isotòpic implica una discriminació en contra de certs isòtops. Però les anàlisis d'isòtops estables (SIA), també es poden dur a terme en peixos cultivats amb dietes artificials, com la orada (Sparus aurata), la especie más cultivada en el Mediterráneo. Canvis en l'abundància natural d'isòtops estables (13C i 15N) en els teixits i les seves reserves poden reflectir els canvis en l'ús i reciclatge dels nutrients ja que els enzims catabòlics implicats en els processos de descarboxilació i desaminació mostren una preferència pels isòtops més lleugers. Per tant, aquestes anàlisis ens poden proporcionar informació útil sobre l'estat nutricional i metabòlic dels peixos. L'objectiu d'aquest projecte va ser determinar la capacitat dels isòtops estables per ser utilitzats com a marcadors potencials de la capacitat de creixement i condicions de cria de l'orada. En aquest sentit, les anàlisis d'isòtops estables s'han combinat amb altres metabòlics (activitats citocrom-c-oxidasa, COX, i citrat sintasa, CS) i els paràmetres de creixement (ARN/ADN). El conjunt de resultats obtinguts en els diferents estudis realitzats en aquest projecte demostra que el SIA, en combinació amb altres paràmetres metabòlics, pot servir com una eina eficaç per discriminar els peixos amb millor potencial de creixement, així com a marcador sensible de l'estat nutricional i d'engreix. D'altra banda, la combinació de l'anàlisi d'isòtops estables amb les eines emergents, com ara tècniques de proteòmica (2D-PAGE), ens proporciona nous coneixements sobre els canvis metabòlics que ocorren en els músculs dels peixos durant l‟increment del creixement muscular induït per l'exercici.

Aeon Space Fighter : Videojoc per dispositius Android

Aquest projecte consisteix en un videojoc 2D per a la plataforma de Android (Google). Es desenvolupa utilitzant la implementació nativa de OpenGL de la qual disposa aquesta plataforma. Aquest joc disposa de les funcionalitats més típiques, com pot ser portar els punts del jugador, un inici i un final, una lògica, música, mètode d'entrada de les instruccions per part del jugador, etc.

Nanopartícul·les core-shell estabilitzades en polímer amb propietats calítiques i bactericides medioambientalment segure

Aquest projecte de doctorat és un treball interdisciplinari adreçat a l’obtenció de nous nanocompòsits (NCs) funcionals sintetitzats a partir de materials polimèrics bescanviadors d’ions que són modificats amb nanopartícules metàl•liques (NPMs) de diferent composició. Els materials desenvolupats s’avaluen en funció de dues possibles aplicacions: 1) com a catalitzadors de reaccions orgàniques d’interès actual (NCs basats en pal•ladi) i, 2) la seva dedicació a aplicacions bactericides en el tractament d’aigües domèstiques o industrials (NCs basats en plata). El desenvolupament de nanomaterials és de gran interès a l’actualitat donades les seves especials propietats, l’aprofitament de les quals és la força impulsora per a la fabricació de nous NCs. Les nanopartícules metàl•liques estabilitzades en polímer (Polymer Stabilized Metal Nanoparticles, PSNPM) s’han preparat mitjançant la tècnica in-situ de síntesi intermatricial (Inter-matrix synthesis, IMS) que consisteix en la càrrega seqüencial dels grups funcionals de les matrius polimèriques amb ions metàl•lics, i la seva posterior reducció química dins de la matriu polimèrica de bescanvi iònic. L’estabilització en matrius polimèriques evita l’agregació entre elles (self-aggreagtion), un dels principals problemes coneguts de les NPs. Pel desenvolupament d’aquesta metodologia, s’han emprat diferents tipus de matrius polimèriques de bescanvi iònic: membrana Sulfonated PolyEtherEtherKetone, SPEEK, així com fibres sintètiques basades en polypropilè amb diferents tipus de grups funcionals, que ens permeten el seu ús com a filtres en la desinfecció de solucions aquoses o com a material catalitzador. Durant el projecte s’ha anat avançant en l’optimització del material nanocomposite final per a les aplicacions d’interès, en quant activitat i funcionalitat de les nanopartícules i estabilitat del nanocomposite. Així, s’ha optimitzat la síntesi de NPs estabilitzades en resines de bescanvi iònic, realitzant un screening de diferents tipus de resines i la seva avaluació en aplicacions industrials d’interès.

Síntesi, caracterització i aplicació de membranes catalítiques amb nanopartícules de pal·ladi

Les nanopartícules metàl·liques són catalitzadors molt efectius degut a la seva elevada àrea superficial específica. No obstant, degut a la seva gran tendència a l’agregació, sovint és necessària la seva immobilització sobre suports per tal de dur a terme aplicacions específiques. La immobilització de les nanopartícules dins d’una matriu polimèrica ha demostrat ser una bona metodologia per a aquest propòsit, doncs permet l’estabilització i protecció de les partícules, així com la recuperació del catalitzador. Mitjançant la incorporació de nanopartícules metàl·liques a membranes polimèriques es poden obtenir materials nanocomposites molt efectius, que podrien combinar la capacitat catalítica dels nanomaterials amb l’efectivitat dels processos de membrana en un sol pas. L’objectiu a llarg termini és l’obtenció de membranes catalítiques actives capaces de realitzar simultàniament la separació i la destrucció de contaminants presents en solució. Concretament, en aquest treball s’han desenvolupat membranes polimèriques de Poliètersulfona amb grup Cardo modificada amb grups sulfònics per tal de sintetitzar nanopartícules de Pd mitjançant la tècnica de la Síntesi Intermatricial. Tant el polímer modificat com les membranes i el nanocomposite obtingut han estat caracteritzats i l’eficiència catalítica s’ha avaluat monitoritzant la reducció catalítica del 4-nitrofenol en presència de NaBH4.

Visualització de volums usant miralls màgics

En el marc del conveni de col·laboració entre el Grup de Gràfics de Girona de la Universitat de Girona i el Grup de Neuroradiologia de l’Institut de Diagnòstic per la Imatge de l’Hospital Universitari Dr. Josep Trueta de Girona, es planteja desenvolupar la plataforma StarViewer, una plataforma que incorpori les tècniques bàsiques de visualització científica complementant la visualització 2D tradicional amb una visualització 3D que permeti inspeccionar la informació del pacient de forma més eficient i facilitant-ne el seu diagnòstic. En aquest projecte s’implementen dos tècniques que formaran part de la plataforma StarViewer. El primer objectiu és implementar un mètode per facilitar la visualització i la interpretació de models de vòxels simples i models de vòxels fusionats, i el segon és implementar un mètode basat en mesures de la Teoria de la Informació per ajudar l’usuari a trobar el punt de vista òptim per a un model donat. Per assolir el primer objectiu ens centrarem en la tècnica dels Miralls màgics o Magic Mirrors, que permeten la visualització simultània del model de vòxels des de diferents punts de vista, i per al segon objectiu, en el concepte d’excess entropy, que és una mesura de la informació, per determinar quin punt de vista aporta més informació a l’usuari

Estudi dels mecanismes mecànico-químics de la fibrogènesi pulmonar

La fibrosi pulmonar idiopàtica (FPI) és una malaltia intersticial letal, d'etiologia desconeguda i per la que no es disposa de cap tractament efectiu. Creiem que l’elasticitat normal del pulmó té propietats anti-fibròtiques, de manera que la FPI només progressarà si es produeix un enduriment sostingut del teixit. Per això hem dissenyat dos assaigs que ens permetran examinar els efectes pro-fibròtics de l'enduriment extracel•lular sobre fibroblasts primaris de pulmó. Els dos assaigs d'enduriment es basen en gels de poliacrilamida 2D i en gels de col•lagen 3D. Els fibroblasts s'han cultivat en el model d'enduriment 3D en presència o absència de la citoquina pro-fibròtica TGF-β1 i s'ha analitzat com la combinació de l’enduriment extracelular i la TGF-b1 modifiquen el fenotip de les cèl.lules. Els resultats preliminars mostren canvis en l'expressió d'alguns gens en resposta a l'enduriment i al TGF-b1, així com diferències entre cel•lules normals i fibròtiques. A més, suggereixen que l'expressió de COL1A1 i MMP-1 és mecanosensible, i que la seva desregulació podria estar associada a l’enduriment anòmal característic dels pulmons amb FPI.

Modelling of non-linear viscoelastic tissues with bar elements

In this work we develop a viscoelastic bar element that can handle multiple rheo- logical laws with non-linear elastic and non-linear viscous material models. The bar element is built by joining in series an elastic and viscous bar, constraining the middle node position to the bar axis with a reduction method, and stati- cally condensing the internal degrees of freedom. We apply the methodology to the modelling of reversible softening with sti ness recovery both in 2D and 3D, a phenomenology also experimentally observed during stretching cycles on epithelial lung cell monolayers.

Doppler ultrasound in the measurement of pulse wave velocity: agreement with the Complior method

Aortic stiffness is an independent predictor factor for cardiovascular risk. Different methods for determining pulse wave velocity (PWV) are used, among which the most common are mechanical methods such as SphygmoCor or Complior, which require specific devices and are limited by technical difficulty in obtaining measurements. Doppler guided by 2D ultrasound is a good alternative to these methods. We studied 40 patients (29 male, aged 21 to 82 years) comparing the Complior method with Doppler. Agreement of both devices was high (R = 0.91, 0.84-0.95, 95% CI). The reproducibility analysis revealed no intra-nor interobserver differences. Based on these results, we conclude that Doppler ultrasound is a reliable and reproducible alternative to other established methods for themeasurement of aortic PWV

Dynamic estimation of three-dimensional cerebrovascular deformation from rotational angiography

Purpose: The objective of this study is to investigate the feasibility of detecting and quantifying 3D cerebrovascular wall motion from a single 3D rotational x-ray angiography (3DRA) acquisition within a clinically acceptable time and computing from the estimated motion field for the further biomechanical modeling of the cerebrovascular wall. Methods: The whole motion cycle of the cerebral vasculature is modeled using a 4D B-spline transformation, which is estimated from a 4D to 2D + t image registration framework. The registration is performed by optimizing a single similarity metric between the entire 2D + t measured projection sequence and the corresponding forward projections of the deformed volume at their exact time instants. The joint use of two acceleration strategies, together with their implementation on graphics processing units, is also proposed so as to reach computation times close to clinical requirements. For further characterizing vessel wall properties, an approximation of the wall thickness changes is obtained through a strain calculation. Results: Evaluation on in silico and in vitro pulsating phantom aneurysms demonstrated an accurate estimation of wall motion curves. In general, the error was below 10% of the maximum pulsation, even in the situation when substantial inhomogeneous intensity pattern was present. Experiments on in vivo data provided realistic aneurysm and vessel wall motion estimates, whereas in regions where motion was neither visible nor anatomically possible, no motion was detected. The use of the acceleration strategies enabled completing the estimation process for one entire cycle in 5-10 min without degrading the overall performance. The strain map extracted from our motion estimation provided a realistic deformation measure of the vessel wall. Conclusions: The authors' technique has demonstrated that it can provide accurate and robust 4D estimates of cerebrovascular wall motion within a clinically acceptable time, although it has to be applied to a larger patient population prior to possible wide application to routine endovascular procedures. In particular, for the first time, this feasibility study has shown that in vivo cerebrovascular motion can be obtained intraprocedurally from a 3DRA acquisition. Results have also shown the potential of performing strain analysis using this imaging modality, thus making possible for the future modeling of biomechanical properties of the vascular wall.

Análisis, comparativa y visualización de redes sociales on-line representadas como grafos

El presente documento conduce a un análisis y comparativa de diferentes y variados conjuntos de redes sociales on-line. Para ello, primero se explica la base teórica de teoría de grafos para su interpretación y comprensión, así como de la base matemática que fundamenta el tipo específico de red estudiada y las diferentes métricas (estadísticas) extraídas de estas. Luego, se ofrece una detallada explicación del entorno de trabajo tanto para la aplicación informática desarrollada, como para posterior visualización y también una explicación y los algoritmos utilizados en las funciones implementadas con tales fines. Para finalizar el documento, se realiza una inmersión particular en cada red social on-line, puntualizando sus características y finalizando con una comparativa general entre todas ellas, siempre acompañadas con sus respectivas visualizaciones en el espacio 2D representadas en forma de grafo.

Estudi i implementació d’un mètode de reconstrucció 3D basat en SfM i registre de vistes 3D parcials

Aquest projecte es basarà en reconstruir una imatge 3D gran a partir d’una seqüència d’imatges 2D capturades per una càmera. Ens centrem en l’estudi de les bases matemàtiques de la visió per computador així com en diferents mètodes emprats en la reconstrucció 3D d’imatges. Per portar a terme aquest estudi s’utilitza la plataforma de desenvolupament MatLab ja que permet tractar operacions matemàtiques, imatges i matrius de gran tamany amb molta senzillesa, rapidesa i eficiència, per aquesta raó s’usa en moltes recerques sobre aquest tema. El projecte aprofundeix en el tema descrit anteriorment estudiant i implementant un mètode que consisteix en aplicar Structure From Motion (SFM) a pocs frames seguits obtinguts d’una seqüència d’imatges 2D per crear una reconstrucció 3D. Quan s’han creat dues reconstruccions 3D consecutives i fent servir un frame com a mínim en comú entre elles, s’aplica un mètode de registre d’estructures 3D, l’Iterative Closest Point (ICP), per crear una reconstrucció 3D més gran a través d’unir les diferents reconstruccions obtingudes a partir de SfM. El mètode consisteix en anar repetint aquestes operacions fins al final dels frames per poder aconseguir una reconstrucció 3D més gran que les petites imatges que s’aconsegueixen a través de SfM. A la Figura 1 es pot veure un esquema del procés que es segueix. Per avaluar el comportament del mètode, utilitzem un conjunt de seqüències sintètiques i un conjunt de seqüències reals obtingudes a partir d’una càmera. L’objectiu final d’aquest projecte és construir una nova toolbox de MatLab amb tots els mètodes per crear reconstruccions 3D grans per tal que sigui possible tractar amb facilitat aquest problema i seguir-lo desenvolupant en un futur

The effects of electron-hole separation on the photoconductivity of individual metal oxide nanowires

The responses of individual ZnO nanowires to UV light demonstrate that the persistent photoconductivity (PPC) state is directly related to the electron¿hole separation near the surface. Our results demonstrate that the electrical transport in these nanomaterials is influenced by the surface in two different ways. On the one hand, the effective mobility and the density of free carriers are determined by recombination mechanisms assisted by the oxidizing molecules in air. This phenomenon can also be blocked by surface passivation. On the other hand, the surface built-in potential separates the photogenerated electron¿hole pairs and accumulates holes at the surface. After illumination, the charge separation makes the electron¿hole recombination difficult and originates PPC. This effect is quickly reverted after increasing either the probing current (self-heating by Joule dissipation) or the oxygen content in air (favouring the surface recombination mechanisms). The model for PPC in individual nanowires presented here illustrates the intrinsic potential of metal oxide nanowires to develop optoelectronic devices or optochemical sensors with better and new performances.

Systematics of properties of the electron gas in deep-etched quantum wires

An efficient method is developed for an iterative solution of the Poisson and Schro¿dinger equations, which allows systematic studies of the properties of the electron gas in linear deep-etched quantum wires. A much simpler two-dimensional (2D) approximation is developed that accurately reproduces the results of the 3D calculations. A 2D Thomas-Fermi approximation is then derived, and shown to give a good account of average properties. Further, we prove that an analytic form due to Shikin et al. is a good approximation to the electron density given by the self-consistent methods.

Model of single-electron decay from a strongly isolated quantum dot

Recent measurements of electron escape from a nonequilibrium charged quantum dot are interpreted within a two-dimensional (2D) separable model. The confining potential is derived from 3D self-consistent Poisson-Thomas-Fermi calculations. It is found that the sequence of decay lifetimes provides a sensitive test of the confining potential and its dependence on electron occupation