A novel semi-fragile forensic watermarking scheme for remote sensing images

Peer-reviewed

Automated segmentation of multiple red blood cells with digital holographic microscopy.

We present a method to automatically segment red blood cells (RBCs) visualized by digital holographic microscopy (DHM), which is based on the marker-controlled watershed algorithm. Quantitative phase images of RBCs can be obtained by using off-axis DHM along to provide some important information about each RBC, including size, shape, volume, hemoglobin content, etc. The most important process of segmentation based on marker-controlled watershed is to perform an accurate localization of internal and external markers. Here, we first obtain the binary image via Otsu algorithm. Then, we apply morphological operations to the binary image to get the internal markers. We then apply the distance transform algorithm combined with the watershed algorithm to generate external markers based on internal markers. Finally, combining the internal and external markers, we modify the original gradient image and apply the watershed algorithm. By appropriately identifying the internal and external markers, the problems of oversegmentation and undersegmentation are avoided. Furthermore, the internal and external parts of the RBCs phase image can also be segmented by using the marker-controlled watershed combined with our method, which can identify the internal and external markers appropriately. Our experimental results show that the proposed method achieves good performance in terms of segmenting RBCs and could thus be helpful when combined with an automated classification of RBCs.

Free-breathing T2 mapping at 3T for the monitoring of cardiac allograft rejection: initial results

rejection can lead to loss of function. Histological reading of endomyocardial biopsy remains the "gold standard" for guiding immunosuppression, despite its methodological limitations (sampling error and interobserver variability). The measurement of the T2 relaxation time has been suggested for detection of allograft rejection, on the pathophysiological basis that the T2 relaxation time prolongs with local edema resulting from acute allograft rejection. Using breath-held cardiac magnetic resonance T2 mapping at 1.5 T, Usman et al. (CircCardiovascImaging2012) detected moderate allograft rejection (grade 2R, ISHLT 2004). With modern immunosuppression grade 2R rejection has become a rare event, but the need remains for a technique that permits the discrimination of absent (grade 0R) and mild rejection (grade 1R). We therefore investigated whether an increase of magnetic field strength to 3T and the use of real-time navigator-gated respiration compensation allow for an increase in the sensitivity of T2 relaxation time detection that is necessary to achieve this discrimination. Methods: Eighteen patients received EMB (Tan et al., ArchPatholLabMed2007) and cardiac T2 mapping on the same day. Reading of T2 maps was blinded to the histological results. For final analysis, 3 cases with known 2R rejection at the time of T2 mapping were added, yielding 21 T2 mapping sessions. A respiration-navigator-gated radial gradient-recalled-echo pulse sequence (resolution 1.17 mm2, matrix 2562, trigger time 3 heartbeats, T2 preparation duration TET2 Prep = 60/30/0 ms) was applied to obtain 3 short-axis T2 maps (van Heeswijk et al., JACCCardiovascImaging2012), which were segmented according to AHA guidelines (Cerqueira et al, Circulation2001). The highest segmental T2 values were grouped according to histological rejection grade and differences were analyzed by Student's t-test, except for the non-blinded cases with 2R rejection. The degree of discrimination was determined using the Spearman's ranked correlation test. Results: The high-quality T2 maps allowed for visual differentiation of the rejection degrees (Figure 1), and the correlation of T2 mapping with the histological grade of acute cellular rejection was significant (Spearman's r = 0.56, p = 0.007). The 0R (n = 15) and 1R (n = 3) degrees demonstrated significantly different T2 values (46.9 ± 5.0 and 54.3 ± 3.0 ms, p = 0.02, Figure 2). Cases with 2R rejection showed clear T2 elevation (T2 = 60.3 ± 16.2 ms). Conclusions: This pilot study demonstrates that non-invasive free-breathing cardiac T2 mapping at 3T discriminates between no and mild cardiac allograft rejection. Confirmation of these encouraging results in a larger cohort should consider a study able to show equivalency or superiority of T2 mapping.

Quantitative morphometry analysis of the fetal brain using clinical MR imaging

In vivo fetal magnetic resonance imaging provides aunique approach for the study of early human braindevelopment [1]. In utero cerebral morphometry couldpotentially be used as a marker of the cerebralmaturation and help to distinguish between normal andabnormal development in ambiguous situations. However,this quantitative approach is a major challenge becauseof the movement of the fetus inside the amniotic cavity,the poor spatial resolution provided by very fast MRIsequences and the partial volume effect. Extensiveefforts are made to deal with the reconstruction ofhigh-resolution 3D fetal volumes based on severalacquisitions with lower resolution [2,3,4]. Frameworkswere developed for the segmentation of specific regionsof the fetal brain such as posterior fossa, brainstem orgerminal matrix [5,6], or for the entire brain tissue[7,8], applying the Expectation-Maximization MarkovRandom Field (EM-MRF) framework. However, many of theseprevious works focused on the young fetus (i.e. before 24weeks) and use anatomical atlas priors to segment thedifferent tissue or regions. As most of the gyraldevelopment takes place after the 24th week, acomprehensive and clinically meaningful study of thefetal brain should not dismiss the third trimester ofgestation. To cope with the rapidly changing appearanceof the developing brain, some authors proposed a dynamicatlas [8]. To our opinion, this approach however faces arisk of circularity: each brain will be analyzed /deformed using the template of its biological age,potentially biasing the effective developmental delay.Here, we expand our previous work [9] to proposepost-processing pipeline without prior that allow acomprehensive set of morphometric measurement devoted toclinical application. Data set & Methods: Prenatal MRimaging was performed with a 1-T system (GE MedicalSystems, Milwaukee) using single shot fast spin echo(ssFSE) sequences (TR 7000 ms, TE 180 ms, FOV 40 x 40 cm,slice thickness 5.4mm, in plane spatial resolution1.09mm). For each fetus, 6 axial volumes shifted by 1 mmwere acquired under motherâeuro?s sedation (about 1min pervolume). First, each volume is segmentedsemi-automatically using region-growing algorithms toextract fetal brain from surrounding maternal tissues.Inhomogeneity intensity correction [10] and linearintensity normalization are then performed. Brain tissues(CSF, GM and WM) are then segmented based on thelow-resolution volumes as presented in [9]. Ahigh-resolution image with isotropic voxel size of 1.09mm is created as proposed in [2] and using B-splines forthe scattered data interpolation [11]. Basal gangliasegmentation is performed using a levet setimplementation on the high-resolution volume [12]. Theresulting white matter image is then binarized and givenas an input in FreeSurfer software(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) to providetopologically accurate three-dimensional reconstructionsof the fetal brain according to the local intensitygradient. References: [1] Guibaud, Prenatal Diagnosis29(4) (2009). [2] Rousseau, Acad. Rad. 13(9), 2006. [3]Jiang, IEEE TMI 2007. [4] Warfield IADB, MICCAI 2009. [5]Claude, IEEE Trans. Bio. Eng. 51(4) 2004. [6] Habas,MICCAI 2008. [7] Bertelsen, ISMRM 2009. [8] Habas,Neuroimage 53(2) 2010. [9] Bach Cuadra, IADB, MICCAI2009. [10] Styner, IEEE TMI 19(39 (2000). [11] Lee, IEEETrans. Visual. And Comp. Graph. 3(3), 1997. [12] BachCuadra, ISMRM 2010.

Yhteiskunnallisen sisältöpalvelun sosioteknologinen tarkastelu Kohosen itseorganisoituvien karttojen avulla - Case deittipalvelu

Työn tavoitteena on tutkia deittipalvelun käyttäjien anonyymiaineistoa neuroverkko-opetuksessa segmentoituneiden piirrekarttojen (SOM, Self-Organizing Map) avulla. Näiden piirrekarttojen avulla on tarkoitus selvittää, löytyykö mahdollisesti selkeitä SMS- ja e-mail - käyttäjäryhmiä. Tutkimusta lähestytään perehtymällä ensin yrityksen tekniseen palvelualusta-arkkitehtuuriin ja myös varsinaiseen deittipalveluun käyttäjän kannalta.Tutkimus aloitettiin koodaamalla tietoaineisto SOM Toolbox-ohjelmalle käytettäväksi. Varsinaisia tutkimustuloksia analysoitiin valitsemalla otoksia neuroverkko-opetuksessa segmentoituneista piirrekartoista. Saadut tulokset osoittavat, ettäSOM-teknologia soveltuu hyvin sisältöpalveluiden sosioteknologiseen tutkimukseen ja sitä on myös mahdollista käyttää asiakkuudenhallinnassa erilaisten käyttäjäryhmien profilointiin.

Coronary artery anomalies and variants: technical feasibility of assessment with coronary MR angiography at 3 T.

The purpose of this study was to prospectively use a whole-heart three-dimensional (3D) coronary magnetic resonance (MR) angiography technique specifically adapted for use at 3 T and a parallel imaging technique (sensitivity encoding) to evaluate coronary arterial anomalies and variants (CAAV). This HIPAA-compliant study was approved by the local institutional review board, and informed consent was obtained from all participants. Twenty-two participants (11 men, 11 women; age range, 18-62 years) were included. Ten participants were healthy volunteers, whereas 12 participants were patients suspected of having CAAV. Coronary MR angiography was performed with a 3-T MR imager. A 3D free-breathing navigator-gated and vector electrocardiographically-gated segmented k-space gradient-echo sequence with adiabatic T2 preparation pulse and parallel imaging (sensitivity encoding) was used. Whole-heart acquisitions (repetition time msec/echo time msec, 4/1.35; 20 degrees flip angle; 1 x 1 x 2-mm acquired voxel size) lasted 10-12 minutes. Mean examination time was 41 minutes +/- 14 (standard deviation). Findings included aneurysms, ectasia, arteriovenous fistulas, and anomalous origins. The 3D whole-heart acquisitions developed for use with 3 T are feasible for use in the assessment of CAAV.

Evaluation and comparison of current fetal ultrasound image segmentation methods for biometric measurements: a grand challenge.

This paper presents the evaluation results of the methods submitted to Challenge US: Biometric Measurements from Fetal Ultrasound Images, a segmentation challenge held at the IEEE International Symposium on Biomedical Imaging 2012. The challenge was set to compare and evaluate current fetal ultrasound image segmentation methods. It consisted of automatically segmenting fetal anatomical structures to measure standard obstetric biometric parameters, from 2D fetal ultrasound images taken on fetuses at different gestational ages (21 weeks, 28 weeks, and 33 weeks) and with varying image quality to reflect data encountered in real clinical environments. Four independent sub-challenges were proposed, according to the objects of interest measured in clinical practice: abdomen, head, femur, and whole fetus. Five teams participated in the head sub-challenge and two teams in the femur sub-challenge, including one team who tackled both. Nobody attempted the abdomen and whole fetus sub-challenges. The challenge goals were two-fold and the participants were asked to submit the segmentation results as well as the measurements derived from the segmented objects. Extensive quantitative (region-based, distance-based, and Bland-Altman measurements) and qualitative evaluation was performed to compare the results from a representative selection of current methods submitted to the challenge. Several experts (three for the head sub-challenge and two for the femur sub-challenge), with different degrees of expertise, manually delineated the objects of interest to define the ground truth used within the evaluation framework. For the head sub-challenge, several groups produced results that could be potentially used in clinical settings, with comparable performance to manual delineations. The femur sub-challenge had inferior performance to the head sub-challenge due to the fact that it is a harder segmentation problem and that the techniques presented relied more on the femur's appearance.

Methods for Region Based Paper Surface Roughness Measurement

Paperin pinnan karheus on yksi paperin laatukriteereistä. Sitä mitataan fyysisestipaperin pintaa mittaavien laitteiden ja optisten laitteiden avulla. Mittaukset vaativat laboratorioolosuhteita, mutta nopeammille, suoraan linjalla tapahtuville mittauksilla olisi tarvetta paperiteollisuudessa. Paperin pinnan karheus voidaan ilmaista yhtenä näytteelle kohdistuvana karheusarvona. Tässä työssä näyte on jaettu merkitseviin alueisiin, ja jokaiselle alueelle on laskettu erillinen karheusarvo. Karheuden mittaukseen on käytetty useita menetelmiä. Yleisesti hyväksyttyä tilastollista menetelmää on käytetty tässä työssä etäisyysmuunnoksen lisäksi. Paperin pinnan karheudenmittauksessa on ollut tarvetta jakaa analysoitava näyte karheuden perusteella alueisiin. Aluejaon avulla voidaan rajata näytteestä selvästi karheampana esiintyvät alueet. Etäisyysmuunnos tuottaa alueita, joita on analysoitu. Näistä alueista on muodostettu yhtenäisiä alueita erilaisilla segmentointimenetelmillä. PNN -menetelmään (Pairwise Nearest Neighbor) ja naapurialueiden yhdistämiseen perustuvia algoritmeja on käytetty.Alueiden jakamiseen ja yhdistämiseen perustuvaa lähestymistapaa on myös tarkasteltu. Segmentoitujen kuvien validointi on yleensä tapahtunut ihmisen tarkastelemana. Tämän työn lähestymistapa on verrata yleisesti hyväksyttyä tilastollista menetelmää segmentoinnin tuloksiin. Korkea korrelaatio näiden tulosten välillä osoittaa onnistunutta segmentointia. Eri kokeiden tuloksia on verrattu keskenään hypoteesin testauksella. Työssä on analysoitu kahta näytesarjaa, joidenmittaukset on suoritettu OptiTopolla ja profilometrillä. Etäisyysmuunnoksen aloitusparametrit, joita muutettiin kokeiden aikana, olivat aloituspisteiden määrä ja sijainti. Samat parametrimuutokset tehtiin kaikille algoritmeille, joita käytettiin alueiden yhdistämiseen. Etäisyysmuunnoksen jälkeen korrelaatio oli voimakkaampaa profilometrillä mitatuille näytteille kuin OptiTopolla mitatuille näytteille. Segmentoiduilla OptiTopo -näytteillä korrelaatio parantui voimakkaammin kuin profilometrinäytteillä. PNN -menetelmän tuottamilla tuloksilla korrelaatio oli paras.

Motion artifact reduction and vessel enhancement for free-breathing navigator-gated coronary MRA using 3D k-space reordering.

Breathing-induced bulk motion of the myocardium during data acquisition may cause severe image artifacts in coronary magnetic resonance angiography (MRA). Current motion compensation strategies include breath-holding or free-breathing MR navigator gating and tracking techniques. Navigator-based techniques have been further refined by the applications of sophisticated 2D k-space reordering techniques. A further improvement in image quality and a reduction of relative scanning duration may be expected from a 3D k-space reordering scheme. Therefore, a 3D k-space reordered acquisition scheme including a 3D navigator gated and corrected segmented k-space gradient echo imaging sequence for coronary MRA was implemented. This new zonal motion-adapted acquisition and reordering technique (ZMART) was developed on the basis of a numerical simulation of the Bloch equations. The technique was implemented on a commercial 1.5T MR system, and first phantom and in vivo experiments were performed. Consistent with the results of the theoretical findings, the results obtained in the phantom studies demonstrate a significant reduction of motion artifacts when compared to conventional (non-k-space reordered) gating techniques. Preliminary in vivo findings also compare favorably with the phantom experiments and theoretical considerations. Magn Reson Med 45:645-652, 2001.

Base temperature and simulation model for nodes appearance in cape gooseberry (Physalis peruviana L.)

Data was analyzed on development of the solanaceen fruit crop Cape gooseberry to evaluate how well a classical thermal time model could describe node appearance in different environments. The data used in the analysis were obtained from experiments conducted in Colombia in open fields and greenhouse condition at two locations with different climate. An empirical, non linear segmented model was used to estimate the base temperature and to parameterize the model for simulation of node appearance vs. time. The base temperature (Tb) used to calculate the thermal time (TT, ºCd) for node appearance was estimated to be 6.29 ºC. The slope of the first linear segment was 0.023 nodes per TT and 0.008 for the second linear segment. The time at which the slope of node apperance changed was 1039.5 ºCd after transplanting, determined from a statistical analysis of model for the first segment. When these coefficients were used to predict node appearance at all locations, the model successfully fit the observed data (RSME=2.1), especially for the first segment where node appearance was more homogeneous than the second segment. More nodes were produced by plants grown under greenhouse conditions and minimum and maximum rates of node appearance rates were also higher.

Self-navigated isotropic three-dimensional cardiac T2 mapping.

PURPOSE: To implement and characterize an isotropic three-dimensional cardiac T2 mapping technique. METHODS: A self-navigated three-dimensional radial segmented balanced steady-state free precession pulse sequence with an isotropic 1.7-mm spatial resolution was implemented at 3T with a variable T2 preparation module. Bloch equation and Monte Carlo simulations were performed to determine the influence of the heart rate, B1 inhomogeneity and noise on the T2 fitting accuracy. In a phantom study, the accuracy of the pulse sequence was studied through comparison with a gold-standard spin-echo T2 mapping method. The robustness and homogeneity of the technique were ascertained in a study of 10 healthy adult human volunteers, while first results obtained in patients are reported. RESULTS: The numerical simulations demonstrated that the heart rate and B1 inhomogeneity cause only minor deviations in the T2 fitting, whereas the phantom study showed good agreement of the technique with the gold standard. The volunteer study demonstrated an average myocardial T2 of 40.5 ± 3.3 ms and a <15% T2 gradient in the base-apex and anterior-inferior direction. In three patients, elevated T2 values were measured in regions with expected edema. CONCLUSION: This respiratory self-navigated isotropic three-dimensional technique allows for accurate and robust in vitro and in vivo T2 quantification. Magn Reson Med 73:1549-1554, 2015. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.

Market Study of Electric Drive Motion Control Business

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia älykkäiden paikoituskäyttöjen markkinoita ja liiketoimintamalleja. Työn pääongelmina oli määritellä alalla käytössä olevaa terminologiaa, määrittää markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaaville kolmivaihetaajuusmuuttajille, tutkia viiden alalla toimivan paikoituskäyttötoimittajan liiketoimintarakenteita ja tuotteita teknisestä näkökulmasta sekä esitellä kaksi teollisuuden käyttökohdetta paikoituskäytölle. Työn sisältö voidaan jakaa neljään eri osioon. Terminologian määrittely- ja markkinatutkimusosiot perustuvat pääasiassa kirjallisuustutkimukseen. Paikoituskäyttöjen toimittajia sekä niiden tuotteita käsittelevä osuus perustuu kirjallisuustutkimukseen sekä teknisiin esitteisiin ja manuaaleihin. Paikoituskäyttöjen sovellusesimerkit on selvitetty haastatteluin. Työ painottuu paikoituskäyttötoimittajien tuotteiden, tuoteominaisuuksien ja tuotetarjonnan tarkasteluun. Työn tuloksena on määritelty paikoituskäyttöjen liiketoiminnan tärkeimmät termit, paikoituskäyttöjen markkinoiden koko sekä markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaavalle kolmivaihetaajuusmuuttajalle. Alalla toimivien paikoituskäyttötoimittajien liiketoimintarakenne on selvitetty, jonka mukaan toimittajat on profiloitu komponentti-, komponenttipaketti-, toimialakeskeisiksi tai automaatiotoimittajiksi. Toimittajien paikoituskäyttötuotteet on luokiteltu viiteen eri luokkaan niiden teknisten ominaisuuksien perusteella. Lisäksi paikoituskäyttöjen suorituskyvyt on selvitetty säätimien momentti-, nopeus-, ja paikoituslaskenta-aikatasojen sekä kenttäväyläliityntöjen suhteen. Työssä kuvatut vanerinsorvausprosessi sekä FMS -materiaalinkäsittelyprosessi esittävät paikoituskäyttöjen potentiaalisia sovelluskohteita.

Sähkökaupan asiakassegmenttien riskikorjattu kannattavuus

Työn tavoitteena oli luoda laskentamalli sähkökaupan asiakassegmenttien riskikorjatun kannattavuuden selvittämiseksi. Lisäksi tavoitteena oli löytää tekijät, jotka aiheuttavat hyvän ja huonon kannattavuuden esiintymisen. Työssä selvitettiin sähkökaupan kustannusten ja riskien taustatekijät. Lisäksi työssä laadittiin menetelmät kustannusten laskemiselle ja kohdistamiselle sekä riskien määrittämiselle. Asiakkaat segmentoitiin kustannuksiin sekä riskeihin vaikuttavien tekijöiden mukaan. Kannattavuuslaskennan perustana käytettiin katetuottoajattelua ja asiakkaan sähkönhankintakustannus määritettiin markkinaehtoisesti siten, että sähkönkäytölle laskettiin tarkasteluhetken markkina-arvo. Kustannusten jakamisessa noudatettiin aiheuttamisperiaatetta ja riskit laskettiin historialliseen simulaatioon perustuen. Laskentamallilla saatujen tulosten perusteella puolet segmenteistä ja 83 % asiakkaista oli kannattavia. Kannattavuuteen vaikuttivat eniten sopimuksen pysyvyys ja hinnoittelutapa sekä erityisesti annetut alennukset ja tuote eli tariffi. Lisäksi havaittiin, että nykyinen asiakastietojärjestelmä ei tue riittävästi asiakaskannattavuuksien selvittämistä uusiutuneilla sähkömarkkinoilla.

Beneficial effects of word final stress in segmenting a new language: evidence from ERPs

Background: How do listeners manage to recognize words in an unfamiliar language? The physical continuity of the signal, in which real silent pauses between words are lacking, makes it a difficult task. However, there are multiple cues that can be exploited to localize word boundaries and to segment the acoustic signal. In the present study, word-stress was manipulated with statistical information and placed in different syllables within trisyllabic nonsense words to explore the result of the combination of the cues in an online word segmentation task. Results: The behavioral results showed that words were segmented better when stress was placed on the final syllables than when it was placed on the middle or first syllable. The electrophysiological results showed an increase in the amplitude of the P2 component, which seemed to be sensitive to word-stress and its location within words. Conclusion: The results demonstrated that listeners can integrate specific prosodic and distributional cues when segmenting speech. An ERP component related to word-stress cues was identified: stressed syllables elicited larger amplitudes in the P2 component than unstressed ones.

Potential Acquisition Candidates for a Supplier of Wood Processing Machinery

Diplomityön tavoitteena oli sopivimman yritysostokohteen valitseminen useiden kilpailijoiden joukosta puunkäsittelykoneiden toimittajalle. Ensin esiteltiin Suomen metsäteollisuus sekä sen osaamistarpeista noussut metsäklusteri pääosin kohdeyrityksen näkökulmasta. Seuraavaksi annettiin kuva yrityksen tuotteista, kilpailijoista ja asiakkaista. Yritysostoprosessi kuvattiin sekä esille tuotiin yleiset motiivit ja kriittiset menestystekijät. Lisäksi kuvattiin kilpailijoiden ja liiketoimintaympäristön analysointi yrityksen menestyksen edellytyksenä. Puuntyöstökoneiden markkinat segmentoitiin ja analysoitiin vuodesta 1990 aina tähän päivään asti, jotta löydettäisiin kehityskelpoiset osa-alueet eli alueet, joissa yrityksen markkinaosuutta voitaisiin kasvattaa. Kandidaattien ominaisuuksia verrattiin yritysoston motiiveihin. Yritysten tuotteet sekä maantieteellinen sijainti pisteytettiin, jotta sopivimmat yritykset nousisivat esille. Kolme yritystä valittiin syvällisempään tarkasteluun. Yritysten tuotteita, taloudellista asemaa ja globaalia verkostoa vertailtiin keskenään muiden tekijöiden, kuten maailmantalouden ohessa. Taloudellisesti vakaa ja teknisesti monipuolinen yritys kohtasi yritysoston motiivit parhaiten. Kohteen positiivisia puolia olivat sijainti, tuotteet ja palvelut. Lisäksi, yritys sopii ostajan strategiaan sekä auttaa kohtaamaan asiakkaiden nykyiset ja tulevat tarpeet.