Modeling kinect sensor noise for improved 3D reconstruction and tracking

We contribute an empirically derived noise model for the Kinect sensor. We systematically measure both lateral and axial noise distributions, as a function of both distance and angle of the Kinect to an observed surface. The derived noise model can be used to filter Kinect depth maps for a variety of applications. Our second contribution applies our derived noise model to the KinectFusion system to extend filtering, volumetric fusion, and pose estimation within the pipeline. Qualitative results show our method allows reconstruction of finer details and the ability to reconstruct smaller objects and thinner surfaces. Quantitative results also show our method improves pose estimation accuracy. © 2012 IEEE.

The vertebral venous system in healthy and scoliotic adolescent spines - a 3D MRI investigation

Introduction. The venous drainage system within vertebral bodies (VBs) has been well documented previously in cadaveric specimens. Advances in 3D imaging and image processing now allow for in vivo quantification of larger venous vessels, such as the basivertebral vein. Differences between healthy and scoliotic VB veins can therefore be investigated. Methods. 20 healthy adolescent controls and 21 AIS patients were recruited (with ethics approval) to undergo 3D MRI, using a 3 Tesla, T1-weighted 3D gradient echo sequence, resulting in 512 slices across the thoraco-lumbar spine, with a voxel size of 0.5x0.5x0.5mm. Using Amira Filament Editor, five transverse slices through the VB were examined simultaneously and the resulting observable vascular network traced. Each VB was assessed, and a vascular network recorded when observable. A local coordinate system was created in the centre of each VB and the vascular networks aligned to this. The length of the vascular network on the left and right sides (with a small central region) of the VB was calculated, and the spatial patterning of the networks assessed level-by-level within each subject. Results. An average of 6 (range 4-10) vascular networks, consistent with descriptions of the basivertebral vein, were identifiable within each subject, most commonly between T10-L1. Differences were seen in the left/right distribution of vessels in the control and AIS subjects. Healthy controls saw a percentage distribution of 29:18:53 across the left:centre:right regions respectively, whereas the AIS subjects had a slightly shifted distribution of 33:25:42. The control group showed consistent spatial patterning of the vascular networks across most levels, but this was not seen in the AIS group. Conclusion. Observation and quantification of the basivertebral vein in vivo is possible using 3D MRI. The AIS group lacked the spatial pattern repetition seen in the control group and minor differences were seen in the left/right distribution of vessels.

Towards web-based semantic enrichment of 3D insects

Natural history collections are an invaluable resource housing a wealth of knowledge with a long tradition of contributing to a wide range of fields such as taxonomy, quarantine, conservation and climate change. It is recognized however [Smith and Blagoderov 2012] that such physical collections are often heavily underutilized as a result of the practical issues of accessibility. The digitization of these collections is a step towards removing these access issues, but other hurdles must be addressed before we truly unlock the potential of this knowledge.

Novel surgical and imaging methods of the middle ear and temporal bone

Välikorvaleikkauksiin usein liittyvän välikorvan ja kuuloluuketjun kirurgisen rekonstruktion tavoitteena on luoda olosuhteet, jotka mahdollistavat hyvän kuulon sekä välikorvan säilymisen tulehduksettomana ja ilmapitoisena. Välikorvan rekonstruktiossa on käytetty implanttimateriaaleina perinteisesti potilaan omia kudoksia sekä tarvittaessa erilaisia hajoamattomia biomateriaaleja, mm. titaania ja silikonia. Ongelmana biomateriaalien käytössä voi olla bakteerien adherenssi eli tarttuminen vieraan materiaalin pintaan, mikä saattaa johtaa biofilmin muodostumiseen. Tämä voi aiheuttaa kroonisen, huonosti antibiootteihin reagoivan infektion kudoksessa, mikä usein käytännössä johtaa uusintaleikkaukseen ja implantin poistoon. Maitohappo- ja glykolihappopohjaiset biologisesti hajoavat polymeerit ovat olleet kliinisessä käytössä jo vuosikymmeniä. Niitä on käytetty erityisesti tukimateriaaleina mm. ortopediassa sekä kasvo- ja leukakirurgiassa. Niitä ei ole toistaiseksi käytetty välikorvakirurgiassa. Korvan kuvantamiseen käytetään ensisijaisesti tietokonetomografiaa (TT). TT-tutkimuksen ongelmana on potilaan altistuminen suhteellisen korkealle sädeannokselle, joka kasvaa kumulatiivisesti, jos kuvaus joudutaan toistamaan. Väitöskirjatyö selvittää uuden, aiemmin kliinisessä työssä rutiinisti lähinnä hampaiston ja kasvojen alueen kuvantamiseen käytetyn rajoitetun kartiokeila-TT:n soveltuvuutta korvan alueen kuvantamiseen. Väitöskirjan kahdessa ensimmäisessä osatyössä tutkittiin ja verrattiin kahden kroonisia ja postoperatiivisia korvainfektioita aiheuttavan bakteerin, Staphylococcus aureuksen ja Pseudomonas aeruginosan, in vitro adherenssia titaanin, silikonin ja kahden eri biohajoavan polymeerin (PLGA) pintaan. Lisäksi tutkittiin materiaalien albumiinipinnoituksen vaikutusta adherenssiin. Kolmannessa osatyössä tutkittiin eläinmallissa PLGA:n biokompatibiliteettia eli kudosyhteensopivuutta kokeellisessa välikorvakirurgiassa. Chinchillojen välikorviin istutettiin PLGA-materiaalia, eläimiä seurattiin, ja ne lopetettiin 6 kk:n kuluttua operaatiosta. Biokompatibiliteetin arviointi perustui kliinisiin havaintoihin sekä kudosnäytteisiin. Neljännessä osatyössä tutkittiin kartiokeila-TT:n soveltuvuutta korvan alueen kuvantamiseen vertaamalla sen tarkkuutta perinteisen spiraali-TT:n tarkkuuteen. Molemmilla laitteilla kuvattiin ohimo- eli temporaaliluita korvan alueen kliinisesti ja kirurgisesti tärkeiden rakenteiden kuvantumisen tarkkuuden arvioimiseksi. Viidennessä osatyössä arvioitiin myös operoitujen temporaaliluiden kuvantumista kartiokeila-TT:ssa. Bakteeritutkimuksissa PLGA-materiaalin pintaan tarttui keskimäärin korkeintaan saman verran tai vähemmän bakteereita kuin silikonin tai titaanin. Albumiinipinnoitus vähensi bakteeriadherenssia merkitsevästi kaikilla materiaaleilla. Eläinkokeiden perusteella PLGA todettiin hyvin siedetyksi välikorvassa. Korvakäytävissä tai välikorvissa ei todettu infektioita, tärykalvon perforaatioita tai materiaalin esiin työntymistä. Kudosnäytteissä näkyi lievää tulehdusreaktiota ja fibroosia implantin ympärillä. Temporaaliluutöissä rajoitettu kartiokeila-TT todettiin vähintään yhtä tarkaksi menetelmäksi kuin spiraali-TT välikorvan ja sisäkorvan rakenteiden kuvantamisessa, ja sen aiheuttama kertasäderasitus todettiin spiraali-TT:n vastaavaa huomattavasti vähäisemmäksi. Kartiokeila-TT soveltui hyvin välikorvaimplanttien ja postoperatiivisen korvan kuvantamiseen. Tulokset osoittavat, että PLGA on välikorvakirurgiaan soveltuva, turvallinen ja kudosyhteensopiva biomateriaali. Biomateriaalien pinnoittaminen albumiinilla vähentää merkittävästi bakteeriadherenssia niihin, mikä puoltaa pinnoituksen soveltamista implanttikirurgiassa. Kartiokeila-TT soveltuu korvan alueen kuvantamiseen. Sen tarkkuus kliinisesti tärkeiden rakenteiden osoittamisessa on vähintään yhtä hyvä ja sen potilaalle aiheuttama sädeannos pienempi kuin nykyisen korva-spiraali-TT:n. Tämä tekee menetelmästä spiraali-TT:aa potilasturvallisemman vaihtoehdon erityisesti, jos potilaan tilanne vaatii seurantaa ja useampia kuvauksia, ja jos halutaan kuvata rajoitettuja alueita uni- tai bilateraalisesti.

Avaliação Comparativa dos Scanners 3D Artec MHT e Cyberware WBX para aplicações em Antropometria e Ergonomia

A partir das dimensões dos indivíduos pode-se definir dimensionamentos adequados para os produtos e postos de trabalho, proporcionando segurança e conforto aos usuários. Com o avanço da tecnologia de digitalização de imagens (escaneamento) 3D, é possível tirar algumas medidas de maneira mais rápida e com a redução da presença do entrevistado durante o processo. No entanto, faltam estudos que avaliem estas tecnologias no Brasil, sendo necessária a realização de uma comparação das tecnologias e das respectivas precisões para que seu uso em pesquisas. Com o objetivo de oferecer métodos comparativos para escolha dos marcadores e equipamentos a serem utilizados em uma pesquisa antropométrica tridimensional da população brasileira, no presente estudo estão comparadas duas tecnologias de escaneamento: o sistema a laser WBX da empresa norte americana Cyberware e o sistema MHT da empresa russa Artec Group. O método para avaliação da precisão dimensional dos dados advindos desses equipamentos de digitalização de imagens 3D teve cinco etapas: Estudo dos processos de escaneamento; Escaneamento dos marcadores de pontos anatômicos; Escaneamento utilizando um corpo de prova cilíndrico; Escaneamento de um manequim; Escaneamento de um voluntário que teve seus pontos anatômicos marcados para a retirada de medidas. Foi feita uma comparação entre as medidas retiradas manualmente, por meio de antropômetro e virtualmente, com o auxílio do software de modelagem tridimensional Rhinoceros. Em relação aos resultados obtidos na avaliação do manequim e do voluntário, concluiu-se que a magnitude do erro absoluto é semelhante para ambos os scanners, e permanece constante independentemente das dimensões sob análise. As principais diferenças são em relação às funcionalidades dos equipamentos.

3D digital elevation model generation

This chapter presents techniques used for the generation of 3D digital elevation models (DEMs) from remotely sensed data. Three methods are explored and discussed—optical stereoscopic imagery, Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), and LIght Detection and Ranging (LIDAR). For each approach, the state-of-the-art presented in the literature is reviewed. Techniques involved in DEM generation are presented with accuracy evaluation. Results of DEMs reconstructed from remotely sensed data are illustrated. While the processes of DEM generation from satellite stereoscopic imagery represents a good example of passive, multi-view imaging technology, discussed in Chap. 2 of this book, InSAR and LIDAR use different principles to acquire 3D information. With regard to InSAR and LIDAR, detailed discussions are conducted in order to convey the fundamentals of both technologies.

Subdiffraction fluorescence imaging of biomolecular structure and distributions with quantum dots

We introduce semiconductor quantum dot-based fluorescence imaging with approximately 2-fold increased optical resolution in three dimensions as a method that allows both studying cellular structures and spatial organization of biomolecules in membranes and subcellular organelles. Target biomolecules are labelled with quantum dots via immunocytochemistry. The resolution enhancement is achieved by three-photon absorption of quantum dots and subsequent fluorescence emission from a higher-order excitonic state. Different from conventional multiphoton microscopy, this approach can be realized on any confocal microscope without the need for pulsed excitation light. We demonstrate quantum dot triexciton imaging (QDTI) of the microtubule network of U373 cells, 3D imaging of TNF receptor 2 on the plasma membrane of HeLa cells, and multicolor 3D imaging of mitochondrial cytochrome c oxidase and actin in COS-7 cells.

Proposta metodológica para o imageamento digital e modelagem virtual 3d de um bloco de rochas travertinas

In this paper we present the methodological procedures involved in the digital imaging in mesoscale of a block of travertines rock of quaternary age, originating from the city of Acquasanta, located in the Apennines, Italy. This rocky block, called T-Block, was stored in the courtyard of the Laboratório Experimental Petróleo "Kelsen Valente" (LabPetro), of Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), so that from it were performed Scientific studies, mainly for research groups universities and research centers working in brazilian areas of reservoir characterization and 3D digital imaging. The purpose of this work is the development of a Model Solid Digital, from the use of non-invasive techniques of digital 3D imaging of internal and external surfaces of the T-Block. For the imaging of the external surfaces technology has been used LIDAR (Light Detection and Range) and the imaging surface Interior was done using Ground Penetrating Radar (GPR), moreover, profiles were obtained with a Gamma Ray Gamae-spectômetro laptop. The goal of 3D digital imaging involved the identification and parameterization of surface geological and sedimentary facies that could represent heterogeneities depositional mesoscale, based on study of a block rocky with dimensions of approximately 1.60 m x 1.60 m x 2.70 m. The data acquired by means of terrestrial laser scanner made available georeferenced spatial information of the surface of the block (X, Y, Z), and varying the intensity values of the return laser beam and high resolution RGB data (3 mm x 3 mm), total points acquired 28,505,106. This information was used as an aid in the interpretation of radargrams and are ready to be displayed in rooms virtual reality. With the GPR was obtained 15 profiles of 2.3 m and 2 3D grids, each with 24 sections horizontal of 1.3 and 14 m vertical sections of 2.3 m, both the Antenna 900 MHz to about 2600 MHz antenna. Finally, the use of GPR associated with Laser Scanner enabled the identification and 3D mapping of 3 different radarfácies which were correlated with three sedimentary facies as had been defined at the outset. The 6 profiles showed gamma a low amplitude variation in the values of radioactivity. This is likely due to the fact of the sedimentary layers profiled have the same mineralogical composition, being composed by carbonate sediments, with no clay in siliciclastic pellitic layers or other mineral carrier elements radioactive

Imaging and modeling of pore scale processes in porous media using X-ray computed tomography and lattice Boltzmann solver

In der Erdöl– und Gasindustrie sind bildgebende Verfahren und Simulationen auf der Porenskala im Begriff Routineanwendungen zu werden. Ihr weiteres Potential lässt sich im Umweltbereich anwenden, wie z.B. für den Transport und Verbleib von Schadstoffen im Untergrund, die Speicherung von Kohlendioxid und dem natürlichen Abbau von Schadstoffen in Böden. Mit der Röntgen-Computertomografie (XCT) steht ein zerstörungsfreies 3D bildgebendes Verfahren zur Verfügung, das auch häufig für die Untersuchung der internen Struktur geologischer Proben herangezogen wird. Das erste Ziel dieser Dissertation war die Implementierung einer Bildverarbeitungstechnik, die die Strahlenaufhärtung der Röntgen-Computertomografie beseitigt und den Segmentierungsprozess dessen Daten vereinfacht. Das zweite Ziel dieser Arbeit untersuchte die kombinierten Effekte von Porenraumcharakteristika, Porentortuosität, sowie die Strömungssimulation und Transportmodellierung in Porenräumen mit der Gitter-Boltzmann-Methode. In einer zylindrischen geologischen Probe war die Position jeder Phase auf Grundlage der Beobachtung durch das Vorhandensein der Strahlenaufhärtung in den rekonstruierten Bildern, das eine radiale Funktion vom Probenrand zum Zentrum darstellt, extrahierbar und die unterschiedlichen Phasen ließen sich automatisch segmentieren. Weiterhin wurden Strahlungsaufhärtungeffekte von beliebig geformten Objekten durch einen Oberflächenanpassungsalgorithmus korrigiert. Die Methode der „least square support vector machine” (LSSVM) ist durch einen modularen Aufbau charakterisiert und ist sehr gut für die Erkennung und Klassifizierung von Mustern geeignet. Aus diesem Grund wurde die Methode der LSSVM als pixelbasierte Klassifikationsmethode implementiert. Dieser Algorithmus ist in der Lage komplexe geologische Proben korrekt zu klassifizieren, benötigt für den Fall aber längere Rechenzeiten, so dass mehrdimensionale Trainingsdatensätze verwendet werden müssen. Die Dynamik von den unmischbaren Phasen Luft und Wasser wird durch eine Kombination von Porenmorphologie und Gitter Boltzmann Methode für Drainage und Imbibition Prozessen in 3D Datensätzen von Böden, die durch synchrotron-basierte XCT gewonnen wurden, untersucht. Obwohl die Porenmorphologie eine einfache Methode ist Kugeln in den verfügbaren Porenraum einzupassen, kann sie dennoch die komplexe kapillare Hysterese als eine Funktion der Wassersättigung erklären. Eine Hysterese ist für den Kapillardruck und die hydraulische Leitfähigkeit beobachtet worden, welche durch die hauptsächlich verbundenen Porennetzwerke und der verfügbaren Porenraumgrößenverteilung verursacht sind. Die hydraulische Konduktivität ist eine Funktion des Wassersättigungslevels und wird mit einer makroskopischen Berechnung empirischer Modelle verglichen. Die Daten stimmen vor allem für hohe Wassersättigungen gut überein. Um die Gegenwart von Krankheitserregern im Grundwasser und Abwässern vorhersagen zu können, wurde in einem Bodenaggregat der Einfluss von Korngröße, Porengeometrie und Fluidflussgeschwindigkeit z.B. mit dem Mikroorganismus Escherichia coli studiert. Die asymmetrischen und langschweifigen Durchbruchskurven, besonders bei höheren Wassersättigungen, wurden durch dispersiven Transport aufgrund des verbundenen Porennetzwerks und durch die Heterogenität des Strömungsfeldes verursacht. Es wurde beobachtet, dass die biokolloidale Verweilzeit eine Funktion des Druckgradienten als auch der Kolloidgröße ist. Unsere Modellierungsergebnisse stimmen sehr gut mit den bereits veröffentlichten Daten überein.

A global ”imaging” view on systems approaches in immunology

The immune system exhibits an enormous complexity. High throughput methods such as the "-omic'' technologies generate vast amounts of data that facilitate dissection of immunological processes at ever finer resolution. Using high-resolution data-driven systems analysis, causal relationships between complex molecular processes and particular immunological phenotypes can be constructed. However, processes in tissues, organs, and the organism itself (so-called higher level processes) also control and regulate the molecular (lower level) processes. Reverse systems engineering approaches, which focus on the examination of the structure, dynamics and control of the immune system, can help to understand the construction principles of the immune system. Such integrative mechanistic models can properly describe, explain, and predict the behavior of the immune system in health and disease by combining both higher and lower level processes. Moving from molecular and cellular levels to a multiscale systems understanding requires the development of methodologies that integrate data from different biological levels into multiscale mechanistic models. In particular, 3D imaging techniques and 4D modeling of the spatiotemporal dynamics of immune processes within lymphoid tissues are central for such integrative approaches. Both dynamic and global organ imaging technologies will be instrumental in facilitating comprehensive multiscale systems immunology analyses as discussed in this review.

Three-dimensional imaging methods for quantitative analysis of facial soft tissues and skeletal morphology in patients with orofacial clefts: a systematic review.

BACKGROUND Current guidelines for evaluating cleft palate treatments are mostly based on two-dimensional (2D) evaluation, but three-dimensional (3D) imaging methods to assess treatment outcome are steadily rising. OBJECTIVE To identify 3D imaging methods for quantitative assessment of soft tissue and skeletal morphology in patients with cleft lip and palate. DATA SOURCES Literature was searched using PubMed (1948-2012), EMBASE (1980-2012), Scopus (2004-2012), Web of Science (1945-2012), and the Cochrane Library. The last search was performed September 30, 2012. Reference lists were hand searched for potentially eligible studies. There was no language restriction. STUDY SELECTION We included publications using 3D imaging techniques to assess facial soft tissue or skeletal morphology in patients older than 5 years with a cleft lip with/or without cleft palate. We reviewed studies involving the facial region when at least 10 subjects in the sample size had at least one cleft type. Only primary publications were included. DATA EXTRACTION Independent extraction of data and quality assessments were performed by two observers. RESULTS Five hundred full text publications were retrieved, 144 met the inclusion criteria, with 63 high quality studies. There were differences in study designs, topics studied, patient characteristics, and success measurements; therefore, only a systematic review could be conducted. Main 3D-techniques that are used in cleft lip and palate patients are CT, CBCT, MRI, stereophotogrammetry, and laser surface scanning. These techniques are mainly used for soft tissue analysis, evaluation of bone grafting, and changes in the craniofacial skeleton. Digital dental casts are used to evaluate treatment and changes over time. CONCLUSION Available evidence implies that 3D imaging methods can be used for documentation of CLP patients. No data are available yet showing that 3D methods are more informative than conventional 2D methods. Further research is warranted to elucidate it.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Directing for the 360 degree frame : developing a directorial approach to performance capture

What happens when the traditional framing mechanisms of our performance environments are removed and we are forced as directors to work with actors in digital environments that capture performance in 360 degrees? As directors contend with the challenges of interactive performance, the emergence of the online audience and the powerful influence of the games industry, how can we approach the challenges of directing work that is performance captured and presented in real time using motion capture and associated 3D imaging software? The 360 degree real time capture of performance, while allowing for an unlimited amount of framing potential, demands a unique and uncompromisingly disciplined style of direction and performance that has thus far remained unstudied and unquantified. By a close analysis of the groundbreaking work of artists like Robert Zemeckis and the Wetta Digital studio it is possible to begin to quantify what the technical requirements and challenges of 360 degree direction might be, but little has been discovered about the challenges of communicating the unlimited potential of framing and focus to the actors who work with these directors within these systems. It cannot be argued that the potential of theatrical space has evolved beyond the physical and moved into a more accessible virtual and digitised form, so how then can we direct for this unlimited potential and where do we place the focus of our directed (and captured) performance?

Social implications of radical technology adoption within the livestock industry - a design investigation: Innovating disruptive technologies in traditional marketplaces

This thesis presents a design investigation into how traditional technology-orientated markets can use design led innovation (DLI) strategies in order to achieve better market penetration of disruptive products. In a review of the Australian livestock industry, considering historical information and present-day trends, a lack of socio-cultural consideration was identified in the design and implementation of products and systems, previously been taken to market. Hence the adoption of these novel products has been documented as extremely slow. Classical diffusion models have typically been used in order to implement these products. However, this thesis poses that it is through the strategic intent of design led innovation, where heavily technology-orientated markets (such as the Australian livestock industry), can achieve better final adoption rates. By considering a range of external factors (business models, technology and user needs), rather than focusing design efforts solely on the technology, it is argued that using DLI approach will lead to disruptive innovations being made easier to adopt in the Australian livestock industry. This thesis therefore explored two research questions: 1. What are the social inhibitors to the adoption of a new technology in the Australian livestock industry? 2. Can design be used to gain a significant feedback response to the proposed innovation? In order to answer these questions, this thesis used a design led innovation approach to investigate the livestock industry, centring on how design can be used early on in the development of disruptive products being taken to market. This thesis used a three stage data collection programme, combining methods of design thinking, co-design and participatory design. The first study found four key themes to the social barriers of technology adoption; Social attitudes to innovation, Market monitoring, Attitude to 3D imaging and Online processes. These themes were built upon through a design thinking/co-design approach to create three ‘future scenarios’ to be tested in participant workshops. The analysis of the data collection found four key socio-cultural barriers that inhibited the adoption of a disruptive innovation in the Australian livestock industry. These were found to be a lack of Education, a Culture of Innovation, a Lack of Engagement and Communication barriers. This thesis recommends five key areas to be focused upon in the subsequent design of a new product in the Australian livestock industry. These recommendations are made to business and design managers looking to introduce disruptive innovations in this industry. Moreover, the thesis presents three design implications relating to stakeholder attitudes, practical constraints and technological restrictions of innovations within the industry.