A Novel Method for the 3-D Reconstruction of Scoliotic Ribs From Frontal and Lateral Radiographs

Among the external manifestations of scoliosis, the rib hump, which is associated with the ribs' deformities and rotations, constitutes the most disturbing aspect of the scoliotic deformity for patients. A personalized 3-D model of the rib cage is important for a better evaluation of the deformity, and hence, a better treatment planning. A novel method for the 3-D reconstruction of the rib cage, based only on two standard radiographs, is proposed in this paper. For each rib, two points are extrapolated from the reconstructed spine, and three points are reconstructed by stereo radiography. The reconstruction is then refined using a surface approximation. The method was evaluated using clinical data of 13 patients with scoliosis. A comparison was conducted between the reconstructions obtained with the proposed method and those obtained by using a previous reconstruction method based on two frontal radiographs. A first comparison criterion was the distances between the reconstructed ribs and the surface topography of the trunk, considered as the reference modality. The correlation between ribs axial rotation and back surface rotation was also evaluated. The proposed method successfully reconstructed the ribs of the 6th-12th thoracic levels. The evaluation results showed that the 3-D configuration of the new rib reconstructions is more consistent with the surface topography and provides more accurate measurements of ribs axial rotation.

Template assisted fabrication of I-D nanostructures of Nickel,Cobalt, Iron Oxide and Carbon nanotubes and a study on their structural, magnetic and nonlinear optical properties for applications

Department of Physics, Cochin University of Science & Technology

RESEARCH PROPOSAL PRESENTATION ON THE R&D CENTRE OF THE NOKIA CORPORATION

THIS IS A RESEARCH PROPOSAL PRESENTATION ON THE R&D CENTRE OF THE NOKIA CORPORATION

ATD: a multiplatform for semiautomatic 3-D detection of kidneys and their pathology in real time

This research presents a novel multi-functional system for medical Imaging-enabled Assistive Diagnosis (IAD). Although the IAD demonstrator has focused on abdominal images and supports the clinical diagnosis of kidneys using CT/MRI imaging, it can be adapted to work on image delineation, annotation and 3D real-size volumetric modelling of other organ structures such as the brain, spine, etc. The IAD provides advanced real-time 3D visualisation and measurements with fully automated functionalities as developed in two stages. In the first stage, via the clinically driven user interface, specialist clinicians use CT/MRI imaging datasets to accurately delineate and annotate the kidneys and their possible abnormalities, thus creating “3D Golden Standard Models”. Based on these models, in the second stage, clinical support staff i.e. medical technicians interactively define model-based rules and parameters for the integrated “Automatic Recognition Framework” to achieve results which are closest to that of the clinicians. These specific rules and parameters are stored in “Templates” and can later be used by any clinician to automatically identify organ structures i.e. kidneys and their possible abnormalities. The system also supports the transmission of these “Templates” to another expert for a second opinion. A 3D model of the body, the organs and their possible pathology with real metrics is also integrated. The automatic functionality was tested on eleven MRI datasets (comprising of 286 images) and the 3D models were validated by comparing them with the metrics from the corresponding “3D Golden Standard Models”. The system provides metrics for the evaluation of the results, in terms of Accuracy, Precision, Sensitivity, Specificity and Dice Similarity Coefficient (DSC) so as to enable benchmarking of its performance. The first IAD prototype has produced promising results as its performance accuracy based on the most widely deployed evaluation metric, DSC, yields 97% for the recognition of kidneys and 96% for their abnormalities; whilst across all the above evaluation metrics its performance ranges between 96% and 100%. Further development of the IAD system is in progress to extend and evaluate its clinical diagnostic support capability through development and integration of additional algorithms to offer fully computer-aided identification of other organs and their abnormalities based on CT/MRI/Ultra-sound Imaging.

Structure, genomic DNA typing, and kinetic characterization of the D allozyme of placental alkaline phosphatase (PLAP/ALPP)

The D allozyme of placental alkaline phosphatase (PLAP) displays enzymatic properties at variance with those of the common PLAP allozymes. We have deduced the amino acid sequence of the PLAP D allele by PCR cloning of its gene, ALPP Two coding substitutions were found in comparison With the cDNA of the common PLAP F allele, i.e., 692C>G and 1352A>G, which translate into a P209R and E429G substitution. A single nucleotide primer extension (SNuPE) assay was developed using PCR primers that enable the amplification of a 1.9 kb PLAP fragment. Extension primers were then used on this PCR fragment to detect the 692C>G and 1352A>G substitution. The SNuPE assay on these two nucleotide substitutions enabled us to distinguish the PLAP F and D alleles from the PLAP S/I alleles. Functional studies on the D allozyme were made possible by constructing and expressing a PLAP D cDNA, i.e., [Arg209, Gly429] PLAP, into wildtype Chinese hamster ovary cells. We determined the k(cat) and K-m, of the PLAP S, F. and D allozymes using the non,physiological substrate p-nitrophenylphosphate at an optimal pH (9.8) as well as two physiological substrates, i.e., pyridoxal-5'-phosphate and inorganic pyrophosphate at physiological pH (7.5). We found that the biochemical properties of the D allozyme of PLAP are significantly different from those of the common PLAP allozymes. These biochemical findings suggest that a suboptimal enzymatic function by the PLAP D allozyme may be the basis for the apparent negative selective pressure of the PLAP D allele. The development of the SNuPE assay will enable us to test the hypothesis that the PLAP D allele is subjected to intrauterine selection by examining genomic DNA from statistically informative population samples. Hum Mutat 19:258-267, 2002. (C) 2002 Wiley-Liss, Inc.

Implicit R&D strategy and investment-linked R&D: a study of the R&D programme of the Argentina steel firm Acindar, SA

Includes bibliography

An EQCM-D study of the influence of chloride on the lead anodic oxidation

The influence of chloride on the electrodeposition of lead films and their dissolution in anodic stripping voltammetric experiments was examined. Gold substrates were plated with lead films, and mass changes were monitored by using the electrochemical quartz crystal microbalance with dissipation factor (EQCM-D). The results showed that the amount of electrodeposited lead is slightly dependent on the chloride concentration. The charge/mass ratio data indicated the presence of Pb(I) and Pb(II) as a result of film dissolution, and the precipitation and deposition of PbCl2 onto the electrode surface. Scanning electron microscopy images revealed that the morphology of the lead film was strongly influenced by chloride present in the plating solution and that much rougher films were obtained in comparison with those obtained in the absence of chloride. The rate of the anodic dissolution was higher for lead films with higher surface areas, which lead to an increase in their stripping voltammetric currents. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Determination of decimal reduction time (D value) of chemical agents used in hospitals for disinfection purposes

Abstract Background Prior to the selection of disinfectants for low, intermediate and high (sterilizing) levels, the decimal reduction time, D-value, for the most common and persistent bacteria identified at a health care facility should be determined. Methods The D-value was determined by inoculating 100 mL of disinfecting solution with 1 mL of a bacterial suspension (104 – 105 CFU/mL for vegetative and spore forms). At regular intervals, 1 mL aliquots of this mixture were transferred to 8 mL of growth media containing a neutralizing agent, and incubated at optimal conditions for the microorganism. Results The highest D-values for various bacteria were determined for the following solutions: (i) 0.1% sodium dichloroisocyanurate (pH 7.0) – E. coli and A. calcoaceticus (D = 5.9 min); (ii) sodium hypochlorite (pH 7.0) at 0.025% for B. stearothermophilus (D = 24 min), E. coli and E. cloacae (D = 7.5 min); at 0.05% for B. stearothermophilus (D = 9.4 min) and E. coli (D = 6.1 min) and 0.1% for B. stearothermophilus (D = 3.5 min) and B. subtilis (D = 3.2 min); (iii) 2.0% glutaraldehyde (pH 7.4) – B. stearothermophilus, B. subtilis (D = 25 min) and E. coli (D = 7.1 min); (iv) 0.5% formaldehyde (pH 6.5) – B. subtilis (D = 11.8 min), B. stearothermophilus (D = 10.9 min) and A. calcoaceticus (D = 5.2 min); (v) 2.0% chlorhexidine (pH 6.2) – B. stearothermophilus (D = 9.1 min), and at 0.4% for E. cloacae (D = 8.3 min); (vi) 1.0% Minncare® (peracetic acid and hydrogen peroxide, pH 2.3) – B. stearothermophilus (D = 9.1 min) and E. coli (D = 6.7 min). Conclusions The suspension studies were an indication of the disinfectant efficacy on a surface. The data in this study reflect the formulations used and may vary from product to product. The expected effectiveness from the studied formulations showed that the tested agents can be recommended for surface disinfection as stated in present guidelines and emphasizes the importance and need to develop routine and novel programs to evaluate product utility.

3-D reconstruction of the human skeleton during motion

L’analisi del movimento umano ha come obiettivo la descrizione del movimento assoluto e relativo dei segmenti ossei del soggetto e, ove richiesto, dei relativi tessuti molli durante l’esecuzione di esercizi fisici. La bioingegneria mette a disposizione dell’analisi del movimento gli strumenti ed i metodi necessari per una valutazione quantitativa di efficacia, funzione e/o qualità del movimento umano, consentendo al clinico l’analisi di aspetti non individuabili con gli esami tradizionali. Tali valutazioni possono essere di ausilio all’analisi clinica di pazienti e, specialmente con riferimento a problemi ortopedici, richiedono una elevata accuratezza e precisione perché il loro uso sia valido. Il miglioramento della affidabilità dell’analisi del movimento ha quindi un impatto positivo sia sulla metodologia utilizzata, sia sulle ricadute cliniche della stessa. Per perseguire gli obiettivi scientifici descritti, è necessario effettuare una stima precisa ed accurata della posizione e orientamento nello spazio dei segmenti ossei in esame durante l’esecuzione di un qualsiasi atto motorio. Tale descrizione può essere ottenuta mediante la definizione di un modello della porzione del corpo sotto analisi e la misura di due tipi di informazione: una relativa al movimento ed una alla morfologia. L’obiettivo è quindi stimare il vettore posizione e la matrice di orientamento necessari a descrivere la collocazione nello spazio virtuale 3D di un osso utilizzando le posizioni di punti, definiti sulla superficie cutanea ottenute attraverso la stereofotogrammetria. Le traiettorie dei marker, così ottenute, vengono utilizzate per la ricostruzione della posizione e dell’orientamento istantaneo di un sistema di assi solidale con il segmento sotto esame (sistema tecnico) (Cappozzo et al. 2005). Tali traiettorie e conseguentemente i sistemi tecnici, sono affetti da due tipi di errore, uno associato allo strumento di misura e l’altro associato alla presenza di tessuti molli interposti tra osso e cute. La propagazione di quest’ultimo ai risultati finali è molto più distruttiva rispetto a quella dell’errore strumentale che è facilmente minimizzabile attraverso semplici tecniche di filtraggio (Chiari et al. 2005). In letteratura è stato evidenziato che l’errore dovuto alla deformabilità dei tessuti molli durante l’analisi del movimento umano provoca inaccuratezze tali da mettere a rischio l’utilizzabilità dei risultati. A tal proposito Andriacchi scrive: “attualmente, uno dei fattori critici che rallentano il progresso negli studi del movimento umano è la misura del movimento scheletrico partendo dai marcatori posti sulla cute” (Andriacchi et al. 2000). Relativamente alla morfologia, essa può essere acquisita, ad esempio, attraverso l’utilizzazione di tecniche per bioimmagini. Queste vengono fornite con riferimento a sistemi di assi locali in generale diversi dai sistemi tecnici. Per integrare i dati relativi al movimento con i dati morfologici occorre determinare l’operatore che consente la trasformazione tra questi due sistemi di assi (matrice di registrazione) e di conseguenza è fondamentale l’individuazione di particolari terne di riferimento, dette terne anatomiche. L’identificazione di queste terne richiede la localizzazione sul segmento osseo di particolari punti notevoli, detti repere anatomici, rispetto ad un sistema di riferimento solidale con l’osso sotto esame. Tale operazione prende il nome di calibrazione anatomica. Nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento viene implementata una calibrazione anatomica a “bassa risoluzione” che prevede la descrizione della morfologia dell’osso a partire dall’informazione relativa alla posizione di alcuni repere corrispondenti a prominenze ossee individuabili tramite palpazione. Attraverso la stereofotogrammetria è quindi possibile registrare la posizione di questi repere rispetto ad un sistema tecnico. Un diverso approccio di calibrazione anatomica può essere realizzato avvalendosi delle tecniche ad “alta risoluzione”, ovvero attraverso l’uso di bioimmagini. In questo caso è necessario disporre di una rappresentazione digitale dell’osso in un sistema di riferimento morfologico e localizzare i repere d’interesse attraverso palpazione in ambiente virtuale (Benedetti et al. 1994 ; Van Sint Jan et al. 2002; Van Sint Jan et al. 2003). Un simile approccio è difficilmente applicabile nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento, in quanto normalmente non si dispone della strumentazione necessaria per ottenere le bioimmagini; inoltre è noto che tale strumentazione in alcuni casi può essere invasiva. Per entrambe le calibrazioni anatomiche rimane da tenere in considerazione che, generalmente, i repere anatomici sono dei punti definiti arbitrariamente all’interno di un’area più vasta e irregolare che i manuali di anatomia definiscono essere il repere anatomico. L’identificazione dei repere attraverso una loro descrizione verbale è quindi povera in precisione e la difficoltà nella loro identificazione tramite palpazione manuale, a causa della presenza dei tessuti molli interposti, genera errori sia in precisione che in accuratezza. Tali errori si propagano alla stima della cinematica e della dinamica articolare (Ramakrishnan et al. 1991; Della Croce et al. 1999). Della Croce (Della Croce et al. 1999) ha inoltre evidenziato che gli errori che influenzano la collocazione nello spazio delle terne anatomiche non dipendono soltanto dalla precisione con cui vengono identificati i repere anatomici, ma anche dalle regole che si utilizzano per definire le terne. E’ infine necessario evidenziare che la palpazione manuale richiede tempo e può essere effettuata esclusivamente da personale altamente specializzato, risultando quindi molto onerosa (Simon 2004). La presente tesi prende lo spunto dai problemi sopra elencati e ha come obiettivo quello di migliorare la qualità delle informazioni necessarie alla ricostruzione della cinematica 3D dei segmenti ossei in esame affrontando i problemi posti dall’artefatto di tessuto molle e le limitazioni intrinseche nelle attuali procedure di calibrazione anatomica. I problemi sono stati affrontati sia mediante procedure di elaborazione dei dati, sia apportando modifiche ai protocolli sperimentali che consentano di conseguire tale obiettivo. Per quanto riguarda l’artefatto da tessuto molle, si è affrontato l’obiettivo di sviluppare un metodo di stima che fosse specifico per il soggetto e per l’atto motorio in esame e, conseguentemente, di elaborare un metodo che ne consentisse la minimizzazione. Il metodo di stima è non invasivo, non impone restrizione al movimento dei tessuti molli, utilizza la sola misura stereofotogrammetrica ed è basato sul principio della media correlata. Le prestazioni del metodo sono state valutate su dati ottenuti mediante una misura 3D stereofotogrammetrica e fluoroscopica sincrona (Stagni et al. 2005), (Stagni et al. 2005). La coerenza dei risultati raggiunti attraverso i due differenti metodi permette di considerare ragionevoli le stime dell’artefatto ottenute con il nuovo metodo. Tale metodo fornisce informazioni sull’artefatto di pelle in differenti porzioni della coscia del soggetto e durante diversi compiti motori, può quindi essere utilizzato come base per un piazzamento ottimo dei marcatori. Lo si è quindi utilizzato come punto di partenza per elaborare un metodo di compensazione dell’errore dovuto all’artefatto di pelle che lo modella come combinazione lineare degli angoli articolari di anca e ginocchio. Il metodo di compensazione è stato validato attraverso una procedura di simulazione sviluppata ad-hoc. Relativamente alla calibrazione anatomica si è ritenuto prioritario affrontare il problema associato all’identificazione dei repere anatomici perseguendo i seguenti obiettivi: 1. migliorare la precisione nell’identificazione dei repere e, di conseguenza, la ripetibilità dell’identificazione delle terne anatomiche e della cinematica articolare, 2. diminuire il tempo richiesto, 3. permettere che la procedura di identificazione possa essere eseguita anche da personale non specializzato. Il perseguimento di tali obiettivi ha portato alla implementazione dei seguenti metodi: • Inizialmente è stata sviluppata una procedura di palpazione virtuale automatica. Dato un osso digitale, la procedura identifica automaticamente i punti di repere più significativi, nella maniera più precisa possibile e senza l'ausilio di un operatore esperto, sulla base delle informazioni ricavabili da un osso digitale di riferimento (template), preliminarmente palpato manualmente. • E’ stato poi condotto uno studio volto ad indagare i fattori metodologici che influenzano le prestazioni del metodo funzionale nell’individuazione del centro articolare d’anca, come prerequisito fondamentale per migliorare la procedura di calibrazione anatomica. A tale scopo sono stati confrontati diversi algoritmi, diversi cluster di marcatori ed è stata valutata la prestazione del metodo in presenza di compensazione dell’artefatto di pelle. • E’stato infine proposto un metodo alternativo di calibrazione anatomica basato sull’individuazione di un insieme di punti non etichettati, giacenti sulla superficie dell’osso e ricostruiti rispetto ad un TF (UP-CAST). A partire dalla posizione di questi punti, misurati su pelvi coscia e gamba, la morfologia del relativo segmento osseo è stata stimata senza identificare i repere, bensì effettuando un’operazione di matching dei punti misurati con un modello digitale dell’osso in esame. La procedura di individuazione dei punti è stata eseguita da personale non specializzato nell’individuazione dei repere anatomici. Ai soggetti in esame è stato richiesto di effettuare dei cicli di cammino in modo tale da poter indagare gli effetti della nuova procedura di calibrazione anatomica sulla determinazione della cinematica articolare. I risultati ottenuti hanno mostrato, per quel che riguarda la identificazione dei repere, che il metodo proposto migliora sia la precisione inter- che intraoperatore, rispetto alla palpazione convenzionale (Della Croce et al. 1999). E’ stato inoltre riscontrato un notevole miglioramento, rispetto ad altri protocolli (Charlton et al. 2004; Schwartz et al. 2004), nella ripetibilità della cinematica 3D di anca e ginocchio. Bisogna inoltre evidenziare che il protocollo è stato applicato da operatori non specializzati nell’identificazione dei repere anatomici. Grazie a questo miglioramento, la presenza di diversi operatori nel laboratorio non genera una riduzione di ripetibilità. Infine, il tempo richiesto per la procedura è drasticamente diminuito. Per una analisi che include la pelvi e i due arti inferiori, ad esempio, l’identificazione dei 16 repere caratteristici usando la calibrazione convenzionale richiede circa 15 minuti, mentre col nuovo metodo tra i 5 e i 10 minuti.

Typical 3-D localization of tumor remnants of WHO grade II hemispheric gliomas--lessons learned from the use of intraoperative high-field MRI control

Complete resection of grade II gliomas might prolong survival but is not always possible. The goal of the study was to evaluate the location of unexpected grade II gliomas remnants after assumed complete removal with intraoperative (iop) MRI and to assess the reason for their non-detection.