Free-breathing inner-volume black-blood imaging of the human heart using two-dimensionally selective local excitation at 3 T.

Black-blood fast spin-echo imaging is a powerful technique for the evaluation of cardiac anatomy. To avoid fold-over artifacts, using a sufficiently large field of view in phase-encoding direction is mandatory. The related oversampling affects scanning time and respiratory chest motion artifacts are commonly observed. The excitation of a volume that exclusively includes the heart without its surrounding structures may help to improve scan efficiency and minimize motion artifacts. Therefore, and by building on previously reported inner-volume approach, the combination of a black-blood fast spin-echo sequence with a two-dimensionally selective radiofrequency pulse is proposed for selective "local excitation" small field of view imaging of the heart. This local excitation technique has been developed, implemented, and tested in phantoms and in vivo. With this method, small field of view imaging of a user-specified region in the human thorax is feasible, scanning becomes more time efficient, motion artifacts can be minimized, and additional flexibility in the choice of imaging parameters can be exploited.

Mouvement biologique et entraînement perceptivo-cognitif chez les personnes âgées

Lorsque nous cherchons un ami dans une foule ou attendons un proche sur le quai d’une gare, l’identification de cette personne nous est souvent possible grâce à la reconnaissance de sa démarche. Plusieurs chercheurs se sont intéressés à la façon de se mouvoir de l’être humain en étudiant le mouvement biologique. Le mouvement biologique est la représentation, par un ensemble structuré de points lumineux animés, des gestes d’un individu en mouvement dans une situation particulière (marche, golf, tennis, etc.). Une des caractéristiques du patron de mouvement biologique peu étudiée et néanmoins essentielle est sa taille. La plupart des études concernées utilisent des patrons de petite taille correspondant à une personne située à 16 mètres de l’observateur. Or les distances d’interaction sociale, chez l’humain, sont généralement inférieures à 16 mètres. D’autre part, les résultats des études portant sur la perception des patrons de mouvement biologique et le vieillissement demeurent contradictoires. Nous avons donc, dans un premier temps, évalué, dans une voûte d’immersion en réalité virtuelle, l’importance de la distance entre l’observateur et le patron de mouvement biologique, chez des adultes jeunes et des personnes âgées. Cette étude a démontré que l’évaluation de la direction de mouvement d’un patron devient difficile pour les personnes âgées lorsque le patron est situé à moins de 4 mètres, alors que les résultats des jeunes sont comparables pour toutes distances, à partir d’un mètre et au-delà. Cela indique que les gens âgés peinent à intégrer l’information occupant une portion étendue de leur champ visuel, ce qui peut s’avérer problématique dans des espaces où les distances d’interaction sont inférieures à 4 mètres. Nombre de recherches indiquent aussi clairement que les gens âgés s’adaptent difficilement à des situations complexes. Nous avons donc cherché, dans un second temps, à minimiser ces altérations liées à l’âge de l’intégration des processus complexes, en utilisant une tâche adaptée à l’entraînement et à l’évaluation de l’intégration de ces processus : la poursuite multiple d’objets dans l’espace ou 3D-MOT (3 Dimensions Multiple Object Tracking). Le 3D-MOT consiste à suivre simultanément plusieurs objets d’intérêt en mouvement parmi des distracteurs également en mouvement. Nous avons évalué les habiletés de participants jeunes et âgés à une telle tâche dans un environnement virtuel en 3D en déterminant la vitesse maximale de déplacement des objets à laquelle la tâche pouvait être exécutée. Les résultats des participants âgés étaient initialement inférieurs à ceux des jeunes. Cependant, après plusieurs semaines d’entraînement, les personnes âgées ont obtenu des résultats comparables à ceux des sujets jeunes non entraînés. Nous avons enfin évalué, pour ces mêmes participants, l’impact de cet entraînement sur la perception de patrons de mouvement biologique présentés à 4 et 16 mètres dans l’espace virtuel : les habiletés des personnes âgées entraînées obtenues à 4 mètres ont augmenté de façon significative pour atteindre le niveau de celles obtenues à 16 mètres. Ces résultats suggèrent que l’entraînement à certaines tâches peut réduire les déclins cognitivo-perceptifs liés à l’âge et possiblement aider les personnes âgées dans leurs déplacements quotidiens.

Flou de mouvement réaliste en temps réel

Le flou de mouvement de haute qualité est un effet de plus en plus important en rendu interactif. Avec l'augmentation constante en qualité des ressources et en fidélité des scènes vient un désir semblable pour des effets lenticulaires plus détaillés et réalistes. Cependant, même dans le contexte du rendu hors-ligne, le flou de mouvement est souvent approximé à l'aide d'un post-traitement. Les algorithmes de post-traitement pour le flou de mouvement ont fait des pas de géant au niveau de la qualité visuelle, générant des résultats plausibles tout en conservant un niveau de performance interactif. Néanmoins, des artefacts persistent en présence, par exemple, de mouvements superposés ou de motifs de mouvement à très large ou très fine échelle, ainsi qu'en présence de mouvement à la fois linéaire et rotationnel. De plus, des mouvements d'amplitude importante ont tendance à causer des artefacts évidents aux bordures d'objets ou d'image. Ce mémoire présente une technique qui résout ces artefacts avec un échantillonnage plus robuste et un système de filtrage qui échantillonne selon deux directions qui sont dynamiquement et automatiquement sélectionnées pour donner l'image la plus précise possible. Ces modifications entraînent un coût en performance somme toute mineur comparativement aux implantations existantes: nous pouvons générer un flou de mouvement plausible et temporellement cohérent pour plusieurs séquences d'animation complexes, le tout en moins de 2ms à une résolution de 1280 x 720. De plus, notre filtre est conçu pour s'intégrer facilement avec des filtres post-traitement d'anticrénelage.

Handlungsinduktionen durch die visuelle Wahrnehmung von Linear- und Drehbewegungen im Sport

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Einflüssen visuell wahrgenommener Bewegungsmerkmale auf die Handlungssteuerung eines Beobachters. Im speziellen geht es darum, wie die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit als aufgabenirrelevante Reize die Ausführung von motorischen Reaktionen auf Farbreize beeinflussen und dabei schnellere bzw. verzögerte Reaktionszeiten bewirken. Bisherige Studien dazu waren auf lineare Bewegungen (von rechts nach links und umgekehrt) und sehr einfache Reizumgebungen (Bewegungen einfacher geometrischer Symbole, Punktwolken, Lichtpunktläufer etc.) begrenzt (z.B. Ehrenstein, 1994; Bosbach, 2004, Wittfoth, Buck, Fahle & Herrmann, 2006). In der vorliegenden Dissertation wurde die Gültigkeit dieser Befunde für Dreh- und Tiefenbewegungen sowie komplexe Bewegungsformen (menschliche Bewegungsabläufe im Sport) erweitert, theoretisch aufgearbeitet sowie in einer Serie von sechs Reaktionszeitexperimenten mittels Simon-Paradigma empirisch überprüft. Allen Experimenten war gemeinsam, dass Versuchspersonen an einem Computermonitor auf einen Farbwechsel innerhalb des dynamischen visuellen Reizes durch einen Tastendruck (links, rechts, proximal oder distal positionierte Taste) reagieren sollten, wobei die Geschwindigkeit und die Richtung der Bewegungen für die Reaktionen irrelevant waren. Zum Einfluss von Drehbewegungen bei geometrischen Symbolen (Exp. 1 und 1a) sowie bei menschlichen Drehbewegungen (Exp. 2) zeigen die Ergebnisse, dass Probanden signifikant schneller reagieren, wenn die Richtungsinformationen einer Drehbewegung kompatibel zu den räumlichen Merkmalen der geforderten Tastenreaktion sind. Der Komplexitätsgrad des visuellen Ereignisses spielt dabei keine Rolle. Für die kognitive Verarbeitung des Bewegungsreizes stellt nicht der Drehsinn, sondern die relative Bewegungsrichtung oberhalb und unterhalb der Drehachse das entscheidende räumliche Kriterium dar. Zum Einfluss räumlicher Tiefenbewegungen einer Kugel (Exp. 3) und einer gehenden Person (Exp. 4) belegen unsere Befunde, dass Probanden signifikant schneller reagieren, wenn sich der Reiz auf den Beobachter zu bewegt und ein proximaler gegenüber einem distalen Tastendruck gefordert ist sowie umgekehrt. Auch hier spielt der Komplexitätsgrad des visuellen Ereignisses keine Rolle. In beiden Experimenten führt die Wahrnehmung der Bewegungsrichtung zu einer Handlungsinduktion, die im kompatiblen Fall eine schnelle und im inkompatiblen Fall eine verzögerte Handlungsausführung bewirkt. In den Experimenten 5 und 6 wurden die Einflüsse von wahrgenommenen menschlichen Laufbewegungen (freies Laufen vs. Laufbandlaufen) untersucht, die mit und ohne eine Positionsveränderung erfolgten. Dabei zeigte sich, dass unabhängig von der Positionsveränderung die Laufgeschwindigkeit zu keiner Modulation des richtungsbasierten Simon Effekts führt. Zusammenfassend lassen sich die Studienergebnisse gut in effektbasierte Konzepte zur Handlungssteuerung (z.B. die Theorie der Ereigniskodierung von Hommel et al., 2001) einordnen. Weitere Untersuchungen sind nötig, um diese Ergebnisse auf großmotorische Reaktionen und Displays, die stärker an visuell wahrnehmbaren Ereignissen des Sports angelehnt sind, zu übertragen.

Enhanced Reality Visualization in a Surgical Environment

Enhanced reality visualization is the process of enhancing an image by adding to it information which is not present in the original image. A wide variety of information can be added to an image ranging from hidden lines or surfaces to textual or iconic data about a particular part of the image. Enhanced reality visualization is particularly well suited to neurosurgery. By rendering brain structures which are not visible, at the correct location in an image of a patient's head, the surgeon is essentially provided with X-ray vision. He can visualize the spatial relationship between brain structures before he performs a craniotomy and during the surgery he can see what's under the next layer before he cuts through. Given a video image of the patient and a three dimensional model of the patient's brain the problem enhanced reality visualization faces is to render the model from the correct viewpoint and overlay it on the original image. The relationship between the coordinate frames of the patient, the patient's internal anatomy scans and the image plane of the camera observing the patient must be established. This problem is closely related to the camera calibration problem. This report presents a new approach to finding this relationship and develops a system for performing enhanced reality visualization in a surgical environment. Immediately prior to surgery a few circular fiducials are placed near the surgical site. An initial registration of video and internal data is performed using a laser scanner. Following this, our method is fully automatic, runs in nearly real-time, is accurate to within a pixel, allows both patient and camera motion, automatically corrects for changes to the internal camera parameters (focal length, focus, aperture, etc.) and requires only a single image.

Probabilistic sonar scan matching for an AUV

This paper proposes MSISpIC, a probabilistic sonar scan matching algorithm for the localization of an autonomous underwater vehicle (AUV). The technique uses range scans gathered with a Mechanical Scanning Imaging Sonar (MSIS), the robot displacement estimated through dead-reckoning using a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method is an extension of the pIC algorithm. An extended Kalman filter (EKF) is used to estimate the robot-path during the scan in order to reference all the range and bearing measurements as well as their uncertainty to a scan fixed frame before registering. The major contribution consists of experimentally proving that probabilistic sonar scan matching techniques have the potential to improve the DVL-based navigation. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within an abandoned marina underwater environment with satisfactory results

Pose-based SLAM with probabilistic scan matching algorithm using a mechanical scanned imaging sonar

This paper proposes a pose-based algorithm to solve the full SLAM problem for an autonomous underwater vehicle (AUV), navigating in an unknown and possibly unstructured environment. The technique incorporate probabilistic scan matching with range scans gathered from a mechanical scanning imaging sonar (MSIS) and the robot dead-reckoning displacements estimated from a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method utilizes two extended Kalman filters (EKF). The first, estimates the local path travelled by the robot while grabbing the scan as well as its uncertainty and provides position estimates for correcting the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. The second is an augment state EKF that estimates and keeps the registered scans poses. The raw data from the sensors are processed and fused in-line. No priory structural information or initial pose are considered. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within a marina environment, showing the viability of the proposed approach

Ciencias de la complejidad: estado actual

Los aportes teóricos y aplicados de la complejidad en economía han tomado tantas direcciones y han sido tan frenéticos en las últimas décadas, que no existe un trabajo reciente, hasta donde conocemos, que los compile y los analice de forma integrada. El objetivo de este proyecto, por tanto, es desarrollar un estado situacional de las diferentes aplicaciones conceptuales, teóricas, metodológicas y tecnológicas de las ciencias de la complejidad en la economía. Asimismo, se pretende analizar las tendencias recientes en el estudio de la complejidad de los sistemas económicos y los horizontes que las ciencias de la complejidad ofrecen de cara al abordaje de los fenómenos económicos del mundo globalizado contemporáneo.

The puckering coordinate in oxetane

The recently determined apucker(xz) = ∂Ixz/∂Qpucker constants for five isotopic species of oxetane have been interpreted quantitatively by allowing the ring-puckering normal coordinate to contain a small amount of methylene rocking and twisting motion. The observed data are most closely reproduced by assuming a methylene rock angle of about 3° and a twist angle for the -methylene groups of about 1° at the equilibrium conformation of the ring.

Modelling the formation of necrotic regions in avascular tumours

The mechanisms underlying the formation of necrotic regions within avascular tumours are not well understood. In this paper, we examine the relative roles of nutrient deprivation and of cell death, from both the proliferating phase of the cell cycle via apoptosis and from the quiescent phase via necrosis, in changing the structure within multicellular tumour spheroids and particularly the accumulation of dead cell material in the centre. A mathematical model is presented and studied that accounts for nutrient diffusion, changes in cell cycling rates, the two different routes to cell death as well as active motion of cells and passive motion of the dead cell material. In studying the accumulation of dead cell matter we do not distinguish between the route by which each was formed. The resulting mathematical model is examined for a number of scenarios. Results show that in many cases the size of the necrotic core is closely correlated with low levels in nutrient concentration. However, in certain cases, particularly where the rate of necrosis is large, the resulting necrotic core can lead to regions of non-negligible nutrient concentration-dependent upon the mode of cell death.

Evaluation of probabilistic occupancy map people detection for surveillance systems

In this paper, we evaluate the Probabilistic Occupancy Map (POM) pedestrian detection algorithm on the PETS 2009 benchmark dataset. POM is a multi-camera generative detection method, which estimates ground plane occupancy from multiple background subtraction views. Occupancy probabilities are iteratively estimated by fitting a synthetic model of the background subtraction to the binary foreground motion. Furthermore, we test the integration of this algorithm into a larger framework designed for understanding human activities in real environments. We demonstrate accurate detection and localization on the PETS dataset, despite suboptimal calibration and foreground motion segmentation input.

Method of determining a geophysical-scale sea ice rheology from laboratory measurements

We present a methodology that allows a sea ice rheology, suitable for use in a General Circulation Model (GCM), to be determined from laboratory and tank experiments on sea ice when combined with a kinematic model of deformation. The laboratory experiments determine a material rheology for sea ice, and would investigate a nonlinear friction law of the form τ ∝ σ n⅔, instead of the more familiar Amonton's law, τ = μσn (τ is the shear stress, μ is the coefficient of friction and σ n is the normal stress). The modelling approach considers a representative region R containing ice floes (or floe aggregates), separated by flaws. The deformation of R is imposed and the motion of the floes determined using a kinematic model, which will be motivated from SAR observations. Deformation of the flaws is inferred from the floe motion and stress determined from the material rheology. The stress over R is then determined from the area-weighted contribution from flaws and floes

Diabatic balance model for the equatorial atmosphere

Using an asymptotic expansion, a balance model is derived for the shallow-water equations (SWE) on the equatorial beta-plane that is valid for planetary-scale equatorial dynamics and includes Kelvin waves. In contrast to many theories of tropical dynamics, neither a strict balance between diabatic heating and vertical motion nor a small Froude number is required. Instead, the expansion is based on the smallness of the ratio of meridional to zonal length scales, which can also be interpreted as a separation in time scale. The leading-order model is characterized by a semigeostrophic balance between the zonal wind and meridional pressure gradient, while the meridional wind v vanishes; the model is thus asymptotically nondivergent, and the nonzero correction to v can be found at the next order. Importantly for applications, the diagnostic balance relations are linear for winds when inferring the wind field from mass observations and the winds can be diagnosed without direct observations of diabatic heating. The accuracy of the model is investigated through a set of numerical examples. These examples show that the diagnostic balance relations can remain valid even when the dynamics do not, and the balance dynamics can capture the slow behavior of a rapidly varying solution.

Weak intermolecular interactions in an ionically bound molecular adsorbate: cyclopentadienyl=Cu(111)

The dissociative adsorption of cyclopentadiene (C5H6) on Cu(111) yields a cyclopentadienyl (Cp) species with strongly anionic characteristics. The Cp potential energy surface and frictional coupling to the substrate are determined from measurements of dynamics of the molecule together with density functional calculations. The molecule is shown to occupy degenerate threefold adsorption sites and molecular motion is characterized by a low diffusional energy barrier of 40 +/- 3 meV with strong frictional dissipation. Repulsive dipole-dipole interactions are not detected despite charge transfer from substrate to adsorbate.

Ions in the atmosphere

In Earth’s atmosphere, an ion is a cluster of molecules carrying an overall charge, known as a molecular cluster ion. Such cluster ions, with dimensions of approximately one nanometre, have usually been referred to as small ions, and their motion in air constitutes a small electric current. Large ions (or Langevin ions), by comparison, are physically larger (tens to hundreds of nm) and consequently electrically less mobile. Usage of the term “ion” to represent these molecular clusters originates from the early history of atmospheric electricity, which spans the discovery of the electron and the elucidation of the structure of matter. The distinction between large and small ions originates from distinguishing ions that could be accelerated by atmospheric electric fields (and therefore directly contribute to the conductivity of air), and those (the large ions) which were insufficiently electrically mobile to contribute to electrical conduction in air.