A comprehensive model for quantum noise characterization in digital mammography.

NlmCategory="UNASSIGNED">A version of cascaded systems analysis was developed specifically with the aim of studying quantum noise propagation in x-ray detectors. Signal and quantum noise propagation was then modelled in four types of x-ray detectors used for digital mammography: four flat panel systems, one computed radiography and one slot-scan silicon wafer based photon counting device. As required inputs to the model, the two dimensional (2D) modulation transfer function (MTF), noise power spectra (NPS) and detective quantum efficiency (DQE) were measured for six mammography systems that utilized these different detectors. A new method to reconstruct anisotropic 2D presampling MTF matrices from 1D radial MTFs measured along different angular directions across the detector is described; an image of a sharp, circular disc was used for this purpose. The effective pixel fill factor for the FP systems was determined from the axial 1D presampling MTFs measured with a square sharp edge along the two orthogonal directions of the pixel lattice. Expectation MTFs were then calculated by averaging the radial MTFs over all possible phases and the 2D EMTF formed with the same reconstruction technique used for the 2D presampling MTF. The quantum NPS was then established by noise decomposition from homogenous images acquired as a function of detector air kerma. This was further decomposed into the correlated and uncorrelated quantum components by fitting the radially averaged quantum NPS with the radially averaged EMTF(2). This whole procedure allowed a detailed analysis of the influence of aliasing, signal and noise decorrelation, x-ray capture efficiency and global secondary gain on NPS and detector DQE. The influence of noise statistics, pixel fill factor and additional electronic and fixed pattern noises on the DQE was also studied. The 2D cascaded model and decompositions performed on the acquired images also enlightened the observed quantum NPS and DQE anisotropy.

Thermodynamic study of the solubility of sodium naproxen in some ethanol + water mixtures

By using the van't Hoff and Gibbs equations the apparent thermodynamic functions Gibbs energy, enthalpy, and entropy of solution for sodium naproxen in ethanol + water cosolvent mixtures, were evaluated from solubility data determined at temperatures from (278.15 to 308.15) K. The drug solubility was greatest in neat water and lowest in neat ethanol at all the temperatures studied. By means of non-linear enthalpy-entropy compensation analysis, it follows that the dissolution process of this drug in ethanol-rich mixtures is entropy-driven, whereas, in water-rich mixtures the process is enthalpy-driven.

Thermodynamic study of the solubility of triclocarban in ethanol + propylene glycol mixtures

By using the van't Hoff and Gibbs equations the apparent thermodynamic functions Gibbs energy, enthalpy, and entropy of solution for triclocarban in ethanol + propylene glycol mixtures were evaluated from solubility data determined at temperatures from (293.15 to 313.15) K. The drug solubility was greatest in the mixture with 0.60 in mass fraction of ethanol and lowest in neat propylene glycol at almost all the temperatures studied. Non-linear enthalpy-entropy compensation is found indicating apparently different mechanisms of the solution process according to the mixtures composition.

Solution thermodynamics of methocarbamol in some ethanol + water mixtures

Apparent thermodynamic functions, Gibbs energy, enthalpy and entropy of solution and mixing, for methocarbamol in ethanol + water mixtures, were evaluated from solubility data determined at temperatures from 293.15 K to 313.15 K and from calorimetric values of drug fusion. The drug solubility was greatest in the mixtures with 0.70 or 0.80 mass fraction of ethanol and lowest in neat water across all temperatures studied. Non-linear enthalpy-entropy compensation was found for the dissolution processes. Accordingly, solution enthalpy drives the respective processes in almost all the solvent systems analyzed.

Novel force control methods in a teleoperation system of a hydraulic slider

The objective of the this research project is to develop a novel force control scheme for the teleoperation of a hydraulically driven manipulator, and to implement an ideal transparent mapping between human and machine interaction, and machine and task environment interaction. This master‘s thesis provides a preparatory study for the present research project. The research is limited into a single degree of freedom hydraulic slider with 6-DOF Phantom haptic device. The key contribution of the thesis is to set up the experimental rig including electromechanical haptic device, hydraulic servo and 6-DOF force sensor. The slider is firstly tested as a position servo by using previously developed intelligent switching control algorithm. Subsequently the teleoperated system is set up and the preliminary experiments are carried out. In addition to development of the single DOF experimental set up, methods such as passivity control in teleoperation are reviewed. The thesis also contains review of modeling of the servo slider in particular reference to the servo valve. Markov Chain Monte Carlo method is utilized in developing the robustness of the model in presence of noise.

Ride Comfort of Automatic Elevator Doors

Ride comfort of elevators is one of the quality criteria valued by customers. The objective of this master’s thesis was to develop a process to measure the ride comfort of automatic elevator doors. The door’s operational noise was chosen as a focus area and other kinds of noise for example caused by pressure differences in the elevator shaft were excluded. The thesis includes a theory part and an empirical part. In the first part theories of quality management, measuring of quality and acoustics are presented. In the empirical part the developed ride comfort measuring process is presented, different operational noise sources are analyzed and an example is presented of how this measuring process can be used to guide product development. To measure ride comfort a process was developed where a two-room silent room was used as a measuring environment and EVA-625 device was used in the actual measuring of door noise. A-weighted decibels were used to scale noise pressure levels and the door movement was monitored with an accelerometer. This enabled the connection between the noise and noise sources which in turn helped to find potential ride comfort improvement ideas. The noise isolation class was also measured with the Ivie-measuring system. Measuring of door ride comfort gives feedback to product development and to managing current product portfolio. Measuring enables the continuous improvement of elevator door ride comfort. The measuring results can also be used to back up marketing arguments for doors.

Isothermal seed germination of Adenanthera pavonina

This work reports aspects of seed germination at different temperatures of Adenanthera pavonina L., a woody Southeast Asian Leguminosae. Germination was studied by measuring the final percentages, the rate, the rate variance and the synchronisation of the individual seeds calculated by the minimal informational entropy of frequencies distribution of seed germination. Overlapping the germinability range with the range for the highest values of germination rates and the minimal informational entropy of frequencies distribution of seed germination, we found that the best temperature for the germination of A. pavonina seeds is 35 ºC. The slope µ of the Arrhenius plot of the germination rates is positive for T < 35 ºC and negative for T > 35 ºC. The activation enthalpies, estimated from closely-spaced points, shows that |ΔH-| < 12 Cal mol-1 occur for temperatures in the range between 25 ºC and 40 ºC. The ecological implication of these results are that this species may germinate very fast in tropical areas during the summer season. This may be an advantage to the establishment of this species under the climatic conditions in those areas.

A comparative analysis of preprocessing techniques of cardiac event series for the study of heart rhythm variability using simulated signals

In the present study, using noise-free simulated signals, we performed a comparative examination of several preprocessing techniques that are used to transform the cardiac event series in a regularly sampled time series, appropriate for spectral analysis of heart rhythm variability (HRV). First, a group of noise-free simulated point event series, which represents a time series of heartbeats, was generated by an integral pulse frequency modulation model. In order to evaluate the performance of the preprocessing methods, the differences between the spectra of the preprocessed simulated signals and the true spectrum (spectrum of the model input modulating signals) were surveyed by visual analysis and by contrasting merit indices. It is desired that estimated spectra match the true spectrum as close as possible, showing a minimum of harmonic components and other artifacts. The merit indices proposed to quantify these mismatches were the leakage rate, defined as a measure of leakage components (located outside some narrow windows centered at frequencies of model input modulating signals) with respect to the whole spectral components, and the numbers of leakage components with amplitudes greater than 1%, 5% and 10% of the total spectral components. Our data, obtained from a noise-free simulation, indicate that the utilization of heart rate values instead of heart period values in the derivation of signals representative of heart rhythm results in more accurate spectra. Furthermore, our data support the efficiency of the widely used preprocessing technique based on the convolution of inverse interval function values with a rectangular window, and suggest the preprocessing technique based on a cubic polynomial interpolation of inverse interval function values and succeeding spectral analysis as another efficient and fast method for the analysis of HRV signals

Brain tissue segmentation using q-entropy in multiple sclerosis magnetic resonance images

The loss of brain volume has been used as a marker of tissue destruction and can be used as an index of the progression of neurodegenerative diseases, such as multiple sclerosis. In the present study, we tested a new method for tissue segmentation based on pixel intensity threshold using generalized Tsallis entropy to determine a statistical segmentation parameter for each single class of brain tissue. We compared the performance of this method using a range of different q parameters and found a different optimal q parameter for white matter, gray matter, and cerebrospinal fluid. Our results support the conclusion that the differences in structural correlations and scale invariant similarities present in each tissue class can be accessed by generalized Tsallis entropy, obtaining the intensity limits for these tissue class separations. In order to test this method, we used it for analysis of brain magnetic resonance images of 43 patients and 10 healthy controls matched for gender and age. The values found for the entropic q index were 0.2 for cerebrospinal fluid, 0.1 for white matter and 1.5 for gray matter. With this algorithm, we could detect an annual loss of 0.98% for the patients, in agreement with literature data. Thus, we can conclude that the entropy of Tsallis adds advantages to the process of automatic target segmentation of tissue classes, which had not been demonstrated previously.

Moisture adsorption characteristics of ginger slices

The moisture adsorption characteristics of dried ginger slices was studied to determine the effect of storage conditions on moisture adsorption for the purpose of shelf life prediction, selection of appropriate packaging materials, evaluate the goodness-of-fit of sorption models, and determine the thermodynamics of moisture adsorption for application in drying. There was a highly significant effect (p < 0.05) of water activity (a w), temperature, and pre-treatment on the equilibrium moisture content (EMC) of the dried ginger slices. At constant a w, the EMC decreased as temperature increased. The EMC of all samples increased as the a w increased at constant temperature. The sorbed moisture of the unpeeled ginger slices was higher than the peeled while those of unblanched samples were higher than the blanched. Henderson equation allows more accurate predictions about the isotherms with the lowest %RMS, and therefore, it describes best the adsorption data followed by GAB, Oswin, and Halsey models in that order. The monolayer moisture generally decreased with temperature for all samples. The isosteric heat decreased with moisture content approaching the asymptotic value or the latent heat of vaporization of pure water (∆Hst = 0) while the entropy of sorption was observed to increase with moisture content.

Evolutionary synthesis of stochastic gene network models using feature-based search spaces

A feature-based fitness function is applied in a genetic programming system to synthesize stochastic gene regulatory network models whose behaviour is defined by a time course of protein expression levels. Typically, when targeting time series data, the fitness function is based on a sum-of-errors involving the values of the fluctuating signal. While this approach is successful in many instances, its performance can deteriorate in the presence of noise. This thesis explores a fitness measure determined from a set of statistical features characterizing the time series' sequence of values, rather than the actual values themselves. Through a series of experiments involving symbolic regression with added noise and gene regulatory network models based on the stochastic 'if-calculus, it is shown to successfully target oscillating and non-oscillating signals. This practical and versatile fitness function offers an alternate approach, worthy of consideration for use in algorithms that evaluate noisy or stochastic behaviour.

Developing a numerical inverse-theory-based extraction of orientation-dependent relaxation rates from partially- relaxed spectra

Second-rank tensor interactions, such as quadrupolar interactions between the spin- 1 deuterium nuclei and the electric field gradients created by chemical bonds, are affected by rapid random molecular motions that modulate the orientation of the molecule with respect to the external magnetic field. In biological and model membrane systems, where a distribution of dynamically averaged anisotropies (quadrupolar splittings, chemical shift anisotropies, etc.) is present and where, in addition, various parts of the sample may undergo a partial magnetic alignment, the numerical analysis of the resulting Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectra is a mathematically ill-posed problem. However, numerical methods (de-Pakeing, Tikhonov regularization) exist that allow for a simultaneous determination of both the anisotropy and orientational distributions. An additional complication arises when relaxation is taken into account. This work presents a method of obtaining the orientation dependence of the relaxation rates that can be used for the analysis of the molecular motions on a broad range of time scales. An arbitrary set of exponential decay rates is described by a three-term truncated Legendre polynomial expansion in the orientation dependence, as appropriate for a second-rank tensor interaction, and a linear approximation to the individual decay rates is made. Thus a severe numerical instability caused by the presence of noise in the experimental data is avoided. At the same time, enough flexibility in the inversion algorithm is retained to achieve a meaningful mapping from raw experimental data to a set of intermediate, model-free

Conventional and Reciprocal Approaches to the Forward and Inverse Problems of Electroencephalography

Le problème inverse en électroencéphalographie (EEG) est la localisation de sources de courant dans le cerveau utilisant les potentiels de surface sur le cuir chevelu générés par ces sources. Une solution inverse implique typiquement de multiples calculs de potentiels de surface sur le cuir chevelu, soit le problème direct en EEG. Pour résoudre le problème direct, des modèles sont requis à la fois pour la configuration de source sous-jacente, soit le modèle de source, et pour les tissues environnants, soit le modèle de la tête. Cette thèse traite deux approches bien distinctes pour la résolution du problème direct et inverse en EEG en utilisant la méthode des éléments de frontières (BEM): l’approche conventionnelle et l’approche réciproque. L’approche conventionnelle pour le problème direct comporte le calcul des potentiels de surface en partant de sources de courant dipolaires. D’un autre côté, l’approche réciproque détermine d’abord le champ électrique aux sites des sources dipolaires quand les électrodes de surfaces sont utilisées pour injecter et retirer un courant unitaire. Le produit scalaire de ce champ électrique avec les sources dipolaires donne ensuite les potentiels de surface. L’approche réciproque promet un nombre d’avantages par rapport à l’approche conventionnelle dont la possibilité d’augmenter la précision des potentiels de surface et de réduire les exigences informatiques pour les solutions inverses. Dans cette thèse, les équations BEM pour les approches conventionnelle et réciproque sont développées en utilisant une formulation courante, la méthode des résidus pondérés. La réalisation numérique des deux approches pour le problème direct est décrite pour un seul modèle de source dipolaire. Un modèle de tête de trois sphères concentriques pour lequel des solutions analytiques sont disponibles est utilisé. Les potentiels de surfaces sont calculés aux centroïdes ou aux sommets des éléments de discrétisation BEM utilisés. La performance des approches conventionnelle et réciproque pour le problème direct est évaluée pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable et deux valeurs très différentes pour la conductivité du crâne. On détermine ensuite si les avantages potentiels de l’approche réciproquesuggérés par les simulations du problème direct peuvent êtres exploités pour donner des solutions inverses plus précises. Des solutions inverses à un seul dipôle sont obtenues en utilisant la minimisation par méthode du simplexe pour à la fois l’approche conventionnelle et réciproque, chacun avec des versions aux centroïdes et aux sommets. Encore une fois, les simulations numériques sont effectuées sur un modèle à trois sphères concentriques pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable. La précision des solutions inverses des deux approches est comparée pour les deux conductivités différentes du crâne, et leurs sensibilités relatives aux erreurs de conductivité du crâne et au bruit sont évaluées. Tandis que l’approche conventionnelle aux sommets donne les solutions directes les plus précises pour une conductivité du crâne supposément plus réaliste, les deux approches, conventionnelle et réciproque, produisent de grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu pour des dipôles très excentriques. Les approches réciproques produisent le moins de variations en précision des solutions directes pour différentes valeurs de conductivité du crâne. En termes de solutions inverses pour un seul dipôle, les approches conventionnelle et réciproque sont de précision semblable. Les erreurs de localisation sont petites, même pour des dipôles très excentriques qui produisent des grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu, à cause de la nature non linéaire des solutions inverses pour un dipôle. Les deux approches se sont démontrées également robustes aux erreurs de conductivité du crâne quand du bruit est présent. Finalement, un modèle plus réaliste de la tête est obtenu en utilisant des images par resonace magnétique (IRM) à partir desquelles les surfaces du cuir chevelu, du crâne et du cerveau/liquide céphalorachidien (LCR) sont extraites. Les deux approches sont validées sur ce type de modèle en utilisant des véritables potentiels évoqués somatosensoriels enregistrés à la suite de stimulation du nerf médian chez des sujets sains. La précision des solutions inverses pour les approches conventionnelle et réciproque et leurs variantes, en les comparant à des sites anatomiques connus sur IRM, est encore une fois évaluée pour les deux conductivités différentes du crâne. Leurs avantages et inconvénients incluant leurs exigences informatiques sont également évalués. Encore une fois, les approches conventionnelle et réciproque produisent des petites erreurs de position dipolaire. En effet, les erreurs de position pour des solutions inverses à un seul dipôle sont robustes de manière inhérente au manque de précision dans les solutions directes, mais dépendent de l’activité superposée d’autres sources neurales. Contrairement aux attentes, les approches réciproques n’améliorent pas la précision des positions dipolaires comparativement aux approches conventionnelles. Cependant, des exigences informatiques réduites en temps et en espace sont les avantages principaux des approches réciproques. Ce type de localisation est potentiellement utile dans la planification d’interventions neurochirurgicales, par exemple, chez des patients souffrant d’épilepsie focale réfractaire qui ont souvent déjà fait un EEG et IRM.

Impacts and Detection of Design Smells

Les changements sont faits de façon continue dans le code source des logiciels pour prendre en compte les besoins des clients et corriger les fautes. Les changements continus peuvent conduire aux défauts de code et de conception. Les défauts de conception sont des mauvaises solutions à des problèmes récurrents de conception ou d’implémentation, généralement dans le développement orienté objet. Au cours des activités de compréhension et de changement et en raison du temps d’accès au marché, du manque de compréhension, et de leur expérience, les développeurs ne peuvent pas toujours suivre les normes de conception et les techniques de codage comme les patrons de conception. Par conséquent, ils introduisent des défauts de conception dans leurs systèmes. Dans la littérature, plusieurs auteurs ont fait valoir que les défauts de conception rendent les systèmes orientés objet plus difficile à comprendre, plus sujets aux fautes, et plus difficiles à changer que les systèmes sans les défauts de conception. Pourtant, seulement quelques-uns de ces auteurs ont fait une étude empirique sur l’impact des défauts de conception sur la compréhension et aucun d’entre eux n’a étudié l’impact des défauts de conception sur l’effort des développeurs pour corriger les fautes. Dans cette thèse, nous proposons trois principales contributions. La première contribution est une étude empirique pour apporter des preuves de l’impact des défauts de conception sur la compréhension et le changement. Nous concevons et effectuons deux expériences avec 59 sujets, afin d’évaluer l’impact de la composition de deux occurrences de Blob ou deux occurrences de spaghetti code sur la performance des développeurs effectuant des tâches de compréhension et de changement. Nous mesurons la performance des développeurs en utilisant: (1) l’indice de charge de travail de la NASA pour leurs efforts, (2) le temps qu’ils ont passé dans l’accomplissement de leurs tâches, et (3) les pourcentages de bonnes réponses. Les résultats des deux expériences ont montré que deux occurrences de Blob ou de spaghetti code sont un obstacle significatif pour la performance des développeurs lors de tâches de compréhension et de changement. Les résultats obtenus justifient les recherches antérieures sur la spécification et la détection des défauts de conception. Les équipes de développement de logiciels doivent mettre en garde les développeurs contre le nombre élevé d’occurrences de défauts de conception et recommander des refactorisations à chaque étape du processus de développement pour supprimer ces défauts de conception quand c’est possible. Dans la deuxième contribution, nous étudions la relation entre les défauts de conception et les fautes. Nous étudions l’impact de la présence des défauts de conception sur l’effort nécessaire pour corriger les fautes. Nous mesurons l’effort pour corriger les fautes à l’aide de trois indicateurs: (1) la durée de la période de correction, (2) le nombre de champs et méthodes touchés par la correction des fautes et (3) l’entropie des corrections de fautes dans le code-source. Nous menons une étude empirique avec 12 défauts de conception détectés dans 54 versions de quatre systèmes: ArgoUML, Eclipse, Mylyn, et Rhino. Nos résultats ont montré que la durée de la période de correction est plus longue pour les fautes impliquant des classes avec des défauts de conception. En outre, la correction des fautes dans les classes avec des défauts de conception fait changer plus de fichiers, plus les champs et des méthodes. Nous avons également observé que, après la correction d’une faute, le nombre d’occurrences de défauts de conception dans les classes impliquées dans la correction de la faute diminue. Comprendre l’impact des défauts de conception sur l’effort des développeurs pour corriger les fautes est important afin d’aider les équipes de développement pour mieux évaluer et prévoir l’impact de leurs décisions de conception et donc canaliser leurs efforts pour améliorer la qualité de leurs systèmes. Les équipes de développement doivent contrôler et supprimer les défauts de conception de leurs systèmes car ils sont susceptibles d’augmenter les efforts de changement. La troisième contribution concerne la détection des défauts de conception. Pendant les activités de maintenance, il est important de disposer d’un outil capable de détecter les défauts de conception de façon incrémentale et itérative. Ce processus de détection incrémentale et itérative pourrait réduire les coûts, les efforts et les ressources en permettant aux praticiens d’identifier et de prendre en compte les occurrences de défauts de conception comme ils les trouvent lors de la compréhension et des changements. Les chercheurs ont proposé des approches pour détecter les occurrences de défauts de conception, mais ces approches ont actuellement quatre limites: (1) elles nécessitent une connaissance approfondie des défauts de conception, (2) elles ont une précision et un rappel limités, (3) elles ne sont pas itératives et incrémentales et (4) elles ne peuvent pas être appliquées sur des sous-ensembles de systèmes. Pour surmonter ces limitations, nous introduisons SMURF, une nouvelle approche pour détecter les défauts de conception, basé sur une technique d’apprentissage automatique — machines à vecteur de support — et prenant en compte les retours des praticiens. Grâce à une étude empirique portant sur trois systèmes et quatre défauts de conception, nous avons montré que la précision et le rappel de SMURF sont supérieurs à ceux de DETEX et BDTEX lors de la détection des occurrences de défauts de conception. Nous avons également montré que SMURF peut être appliqué à la fois dans les configurations intra-système et inter-système. Enfin, nous avons montré que la précision et le rappel de SMURF sont améliorés quand on prend en compte les retours des praticiens.

Studies on the Effect of Randomness on the Synchronization of Coupled Systems and on the Dynamics of Intermittently driven systems

Nonlinear dynamics has emerged into a prominent area of research in the past few Decades.Turbulence, Pattern formation,Multistability etc are some of the important areas of research in nonlinear dynamics apart from the study of chaos.Chaos refers to the complex evolution of a deterministic system, which is highly sensitive to initial conditions. The study of chaos theory started in the modern sense with the investigations of Edward Lorentz in mid 60's. Later developments in this subject provided systematic development of chaos theory as a science of deterministic but complex and unpredictable dynamical systems. This thesis deals with the effect of random fluctuations with its associated characteristic timescales on chaos and synchronization. Here we introduce the concept of noise, and two familiar types of noise are discussed. The classifications and representation of white and colored noise are introduced. Based on this we introduce the concept of randomness that we deal with as a variant of the familiar concept of noise. The dynamical systems introduced are the Rossler system, directly modulated semiconductor lasers and the Harmonic oscillator. The directly modulated semiconductor laser being not a much familiar dynamical system, we have included a detailed introduction to its relevance in Chaotic encryption based cryptography in communication. We show that the effect of a fluctuating parameter mismatch on synchronization is to destroy the synchronization. Further we show that the relation between synchronization error and timescales can be found empirically but there are also cases where this is not possible. Studies show that under the variation of the parameters, the system becomes chaotic, which appears to be the period doubling route to chaos.