947 resultados para diffusivity tensor


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Abnormalities in fronto-limbic-striatal white matter (WM) have been reported in bipolar disorder (BD), but results have been inconsistent across studies. Furthermore, there have been no detailed investigations as to whether acute mood states contribute to microstructural changes in WM tracts. In order to compare fiber density and structural integrity within WM tracts between BD depression and remission, whole-brain fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) were assessed in 37 bipolar I disorder (BD-I) patients (16 depressed and 21 remitted), and 26 healthy individuals with diffusion tensor imaging. Significantly decreased FA and increased MD in bilateral prefronto-limbic-striatal white matter and right inferior fronto-occipital, superior and inferior longitudinal fasciculi were shown in all BD-I patients versus controls, as well as in depressed BD-I patients compared to both controls and remitted BD-I patients. Depressed BD-I patients also exhibited increased FA in the ventromedial prefrontal cortex. Remitted BD-I patients did not differ from controls in FA or MD. These findings suggest that BD-I depression may be associated with acute microstructural WM changes.

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Most existing color-based tracking algorithms utilize the statistical color information of the object as the tracking clues, without maintaining the spatial structure within a single chromatic image. Recently, the researches on the multilinear algebra provide the possibility to hold the spatial structural relationship in a representation of the image ensembles. In this paper, a third-order color tensor is constructed to represent the object to be tracked. Considering the influence of the environment changing on the tracking, the biased discriminant analysis (BDA) is extended to the tensor biased discriminant analysis (TBDA) for distinguishing the object from the background. At the same time, an incremental scheme for the TBDA is developed for the tensor biased discriminant subspace online learning, which can be used to adapt to the appearance variant of both the object and background. The experimental results show that the proposed method can track objects precisely undergoing large pose, scale and lighting changes, as well as partial occlusion. © 2009 Elsevier B.V.

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2000 Mathematics Subject Classification: 53C24, 53C65, 53C21.

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Tensor analysis plays an important role in modern image and vision computing problems. Most of the existing tensor analysis approaches are based on the Frobenius norm, which makes them sensitive to outliers. In this paper, we propose L1-norm-based tensor analysis (TPCA-L1), which is robust to outliers. Experimental results upon face and other datasets demonstrate the advantages of the proposed approach. © 2006 IEEE.

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This dissertation establishes the foundation for a new 3-D visual interface integrating Magnetic Resonance Imaging (MRI) to Diffusion Tensor Imaging (DTI). The need for such an interface is critical for understanding brain dynamics, and for providing more accurate diagnosis of key brain dysfunctions in terms of neuronal connectivity. ^ This work involved two research fronts: (1) the development of new image processing and visualization techniques in order to accurately establish relational positioning of neuronal fiber tracts and key landmarks in 3-D brain atlases, and (2) the obligation to address the computational requirements such that the processing time is within the practical bounds of clinical settings. The system was evaluated using data from thirty patients and volunteers with the Brain Institute at Miami Children's Hospital. ^ Innovative visualization mechanisms allow for the first time white matter fiber tracts to be displayed alongside key anatomical structures within accurately registered 3-D semi-transparent images of the brain. ^ The segmentation algorithm is based on the calculation of mathematically-tuned thresholds and region-detection modules. The uniqueness of the algorithm is in its ability to perform fast and accurate segmentation of the ventricles. In contrast to the manual selection of the ventricles, which averaged over 12 minutes, the segmentation algorithm averaged less than 10 seconds in its execution. ^ The registration algorithm established searches and compares MR with DT images of the same subject, where derived correlation measures quantify the resulting accuracy. Overall, the images were 27% more correlated after registration, while an average of 1.5 seconds is all it took to execute the processes of registration, interpolation, and re-slicing of the images all at the same time and in all the given dimensions. ^ This interface was fully embedded into a fiber-tracking software system in order to establish an optimal research environment. This highly integrated 3-D visualization system reached a practical level that makes it ready for clinical deployment. ^

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Copyright © 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved. Acknowledgements The study was supported by the NIHR Biomedical Research Unit in Dementia and the Biomedical Research Centre awarded to Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust and the University of Cambridge, and the NIHR Biomedical Research Unit in Dementia and the Biomedical Research Centre awarded to Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust and Newcastle University. Elijah Mak was in receipt of a Gates Cambridge PhD studentship.

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We propose a novel method to harmonize diffusion MRI data acquired from multiple sites and scanners, which is imperative for joint analysis of the data to significantly increase sample size and statistical power of neuroimaging studies. Our method incorporates the following main novelties: i) we take into account the scanner-dependent spatial variability of the diffusion signal in different parts of the brain; ii) our method is independent of compartmental modeling of diffusion (e.g., tensor, and intra/extra cellular compartments) and the acquired signal itself is corrected for scanner related differences; and iii) inter-subject variability as measured by the coefficient of variation is maintained at each site. We represent the signal in a basis of spherical harmonics and compute several rotation invariant spherical harmonic features to estimate a region and tissue specific linear mapping between the signal from different sites (and scanners). We validate our method on diffusion data acquired from seven different sites (including two GE, three Philips, and two Siemens scanners) on a group of age-matched healthy subjects. Since the extracted rotation invariant spherical harmonic features depend on the accuracy of the brain parcellation provided by Freesurfer, we propose a feature based refinement of the original parcellation such that it better characterizes the anatomy and provides robust linear mappings to harmonize the dMRI data. We demonstrate the efficacy of our method by statistically comparing diffusion measures such as fractional anisotropy, mean diffusivity and generalized fractional anisotropy across multiple sites before and after data harmonization. We also show results using tract-based spatial statistics before and after harmonization for independent validation of the proposed methodology. Our experimental results demonstrate that, for nearly identical acquisition protocol across sites, scanner-specific differences can be accurately removed using the proposed method.

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I discuss geometry and normal forms for pseudo-Riemannian metrics with parallel spinor fields in some interesting dimensions. I also discuss the interaction of these conditions for parallel spinor fields with the condition that the Ricci tensor vanish (which, for pseudo-Riemannian manifolds, is not an automatic consequence of the existence of a nontrivial parallel spinor field).

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The subduction of oceanic plates regulates crustal growth, influences arc volcanism, and refertilizes the mantle. Continental growth occurs by subduction of crustal material (seawater components, marine sediments, and basaltic crust). The geochemical and physical evolution of the Earth's crust depends, in large part, on the fate of subducted material at convergent margins (Armstrong, 1968, doi:10.1029/RG006i002p00175; Karig and Kay, 1981, 10.1098/rsta.1981.0108). The crustal material on the downgoing plate is recycled to various levels in the subduction zone. The recycling process that takes place in the "Subduction Factory" is difficult to observe directly but is clearly illuminated using chemical tracers. Von Huene and Scholl (1991, doi:10.1029/91RG00969) and Plank and Langmuir (1993, doi:10.1038/362739a0) preliminarily calculated a large flux of subducted materials. By mass balancing the chemical tracers and measuring the fractionations that occur between them, the Subduction Factory work and the effect on the Earth's evolution can be estimated. In order to elucidate this mass balance, Ocean Drilling Program Leg 185 drilled two deepwater shales into the oceanic crust situated in the Mariana-Izu Trenches and recovered core samples of incoming oceanic crust. The calculations of mass circulation in the subduction zone, however, did not take into account the mass transfer properties within subducted oceanic crust, although the dewatering fluid and diffused ions may play an important role in various activities such as seismogeneity, serpentine diapiring, and arc volcanism. Thus, this paper focuses on the quantitative measurements of the physical and mass transfer properties of subducted oceanic crust.

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L’utilisation de méthodes d’investigation cérébrale avancées a permis de mettre en évidence la présence d’altérations à court et à long terme à la suite d’une commotion cérébrale. Plus spécifiquement, des altérations affectant l’intégrité de la matière blanche et le métabolisme cellulaire ont récemment été révélées par l’utilisation de l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), respectivement. Ces atteintes cérébrales ont été observées chez des athlètes masculins quelques jours après la blessure à la tête et demeuraient détectables lorsque les athlètes étaient à nouveau évalués six mois post-commotion. En revanche, aucune étude n’a évalué les effets neurométaboliques et microstructuraux dans la phase aigüe et chronique d’une commotion cérébrale chez les athlètes féminines, malgré le fait qu’elles présentent une susceptibilité accrue de subir ce type de blessure, ainsi qu’un nombre plus élevé de symptômes post-commotionnels et un temps de réhabilitation plus long. Ainsi, les études composant le présent ouvrage visent globalement à établir le profil d’atteintes microstructurales et neurométaboliques chez des athlètes féminines par l’utilisation du DTI et de la SRM. La première étude visait à évaluer les changements neurométaboliques au sein du corps calleux chez des joueurs et joueuses de hockey au cours d’une saison universitaire. Les athlètes ayant subi une commotion cérébrale pendant la saison ont été évalués 72 heures, 2 semaines et 2 mois après la blessure à la tête en plus des évaluations pré et post-saison. Les résultats démontrent une absence de différences entre les athlètes ayant subi une commotion cérébrale et les athlètes qui n’en ont pas subie. De plus, aucune différence entre les données pré et post-saison a été observée chez les athlètes masculins alors qu’une diminution du taux de N-acetyl aspartate (NAA) n’a été mise en évidence chez les athlètes féminines, suggérant ainsi un impact des coups d’intensité sous-clinique à la tête. La deuxième étude, qui utilisait le DTI et la SRM, a révélé des atteintes chez des athlètes féminines commotionnées asymptomatiques en moyenne 18 mois post-commotion. Plus spécifiquement, la SRM a révélé une diminution du taux de myo-inositol (mI) au sein de l’hippocampe et du cortex moteur primaire (M1) alors que le DTI a mis en évidence une augmentation de la diffusivité moyenne (DM) dans plusieurs faisceaux de matière blanche. De iii plus, une approche par région d’intérêt a mis en évidence une diminution de la fraction d’anisotropie (FA) dans la partie du corps calleux projetant vers l’aire motrice primaire. Le troisième article évaluait des athlètes ayant subi une commotion cérébrale dans les jours suivant la blessure à la tête (7-10 jours) ainsi que six mois post-commotion avec la SRM. Dans la phase aigüe, des altérations neuropsychologiques combinées à un nombre significativement plus élevé de symptômes post-commotionnels et dépressifs ont été trouvés chez les athlètes féminines commotionnées, qui se résorbaient en phase chronique. En revanche, aucune différence sur le plan neurométabolique n’a été mise en évidence entre les deux groupes dans la phase aigüe. Dans la phase chronique, les athlètes commotionnées démontraient des altérations neurométaboliques au sein du cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) et M1, marquées par une augmentation du taux de glutamate/glutamine (Glx). De plus, une diminution du taux de NAA entre les deux temps de mesure était présente chez les athlètes contrôles. Finalement, le quatrième article documentait les atteintes microstructurales au sein de la voie corticospinale et du corps calleux six mois suivant une commotion cérébrale. Les analyses n’ont démontré aucune différence au sein de la voie corticospinale alors que des différences ont été relevées par segmentation du corps calleux selon les projections des fibres calleuses. En effet, les athlètes commotionnées présentaient une diminution de la DM et de la diffusivité radiale (DR) au sein de la région projetant vers le cortex préfrontal, un volume moindre des fibres de matière blanche dans la région projetant vers l’aire prémotrice et l’aire motrice supplémentaire, ainsi qu’une diminution de la diffusivité axiale (DA) dans la région projetant vers l’aire pariétale et temporale. En somme, les études incluses dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets métaboliques et microstructuraux des commotions cérébrales et démontrent des effets délétères persistants chez des athlètes féminines. Ces données vont de pair avec la littérature scientifique qui suggère que les commotions cérébrales n’entraînent pas seulement des symptômes temporaires.

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This thesis deals with tensor completion for the solution of multidimensional inverse problems. We study the problem of reconstructing an approximately low rank tensor from a small number of noisy linear measurements. New recovery guarantees, numerical algorithms, non-uniform sampling strategies, and parameter selection algorithms are developed. We derive a fixed point continuation algorithm for tensor completion and prove its convergence. A restricted isometry property (RIP) based tensor recovery guarantee is proved. Probabilistic recovery guarantees are obtained for sub-Gaussian measurement operators and for measurements obtained by non-uniform sampling from a Parseval tight frame. We show how tensor completion can be used to solve multidimensional inverse problems arising in NMR relaxometry. Algorithms are developed for regularization parameter selection, including accelerated k-fold cross-validation and generalized cross-validation. These methods are validated on experimental and simulated data. We also derive condition number estimates for nonnegative least squares problems. Tensor recovery promises to significantly accelerate N-dimensional NMR relaxometry and related experiments, enabling previously impractical experiments. Our methods could also be applied to other inverse problems arising in machine learning, image processing, signal processing, computer vision, and other fields.

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A natural way to generalize tensor network variational classes to quantum field systems is via a continuous tensor contraction. This approach is first illustrated for the class of quantum field states known as continuous matrix-product states (cMPS). As a simple example of the path-integral representation we show that the state of a dynamically evolving quantum field admits a natural representation as a cMPS. A completeness argument is also provided that shows that all states in Fock space admit a cMPS representation when the number of variational parameters tends to infinity. Beyond this, we obtain a well-behaved field limit of projected entangled-pair states (PEPS) in two dimensions that provide an abstract class of quantum field states with natural symmetries. We demonstrate how symmetries of the physical field state are encoded within the dynamics of an auxiliary field system of one dimension less. In particular, the imposition of Euclidean symmetries on the physical system requires that the auxiliary system involved in the class' definition must be Lorentz-invariant. The physical field states automatically inherit entropy area laws from the PEPS class, and are fully described by the dissipative dynamics of a lower dimensional virtual field system. Our results lie at the intersection many-body physics, quantum field theory and quantum information theory, and facilitate future exchanges of ideas and insights between these disciplines.

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We show a fundamental limitation in the description of quantum many-body mixed states with tensor networks in purification form. Namely, we show that there exist mixed states which can be represented as a translationally invariant (TI) matrix product density operator valid for all system sizes, but for which there does not exist a TI purification valid for all system sizes. The proof is based on an undecidable problem and on the uniqueness of canonical forms of matrix product states. The result also holds for classical states.

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L’utilisation de méthodes d’investigation cérébrale avancées a permis de mettre en évidence la présence d’altérations à court et à long terme à la suite d’une commotion cérébrale. Plus spécifiquement, des altérations affectant l’intégrité de la matière blanche et le métabolisme cellulaire ont récemment été révélées par l’utilisation de l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), respectivement. Ces atteintes cérébrales ont été observées chez des athlètes masculins quelques jours après la blessure à la tête et demeuraient détectables lorsque les athlètes étaient à nouveau évalués six mois post-commotion. En revanche, aucune étude n’a évalué les effets neurométaboliques et microstructuraux dans la phase aigüe et chronique d’une commotion cérébrale chez les athlètes féminines, malgré le fait qu’elles présentent une susceptibilité accrue de subir ce type de blessure, ainsi qu’un nombre plus élevé de symptômes post-commotionnels et un temps de réhabilitation plus long. Ainsi, les études composant le présent ouvrage visent globalement à établir le profil d’atteintes microstructurales et neurométaboliques chez des athlètes féminines par l’utilisation du DTI et de la SRM. La première étude visait à évaluer les changements neurométaboliques au sein du corps calleux chez des joueurs et joueuses de hockey au cours d’une saison universitaire. Les athlètes ayant subi une commotion cérébrale pendant la saison ont été évalués 72 heures, 2 semaines et 2 mois après la blessure à la tête en plus des évaluations pré et post-saison. Les résultats démontrent une absence de différences entre les athlètes ayant subi une commotion cérébrale et les athlètes qui n’en ont pas subie. De plus, aucune différence entre les données pré et post-saison a été observée chez les athlètes masculins alors qu’une diminution du taux de N-acetyl aspartate (NAA) n’a été mise en évidence chez les athlètes féminines, suggérant ainsi un impact des coups d’intensité sous-clinique à la tête. La deuxième étude, qui utilisait le DTI et la SRM, a révélé des atteintes chez des athlètes féminines commotionnées asymptomatiques en moyenne 18 mois post-commotion. Plus spécifiquement, la SRM a révélé une diminution du taux de myo-inositol (mI) au sein de l’hippocampe et du cortex moteur primaire (M1) alors que le DTI a mis en évidence une augmentation de la diffusivité moyenne (DM) dans plusieurs faisceaux de matière blanche. De iii plus, une approche par région d’intérêt a mis en évidence une diminution de la fraction d’anisotropie (FA) dans la partie du corps calleux projetant vers l’aire motrice primaire. Le troisième article évaluait des athlètes ayant subi une commotion cérébrale dans les jours suivant la blessure à la tête (7-10 jours) ainsi que six mois post-commotion avec la SRM. Dans la phase aigüe, des altérations neuropsychologiques combinées à un nombre significativement plus élevé de symptômes post-commotionnels et dépressifs ont été trouvés chez les athlètes féminines commotionnées, qui se résorbaient en phase chronique. En revanche, aucune différence sur le plan neurométabolique n’a été mise en évidence entre les deux groupes dans la phase aigüe. Dans la phase chronique, les athlètes commotionnées démontraient des altérations neurométaboliques au sein du cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) et M1, marquées par une augmentation du taux de glutamate/glutamine (Glx). De plus, une diminution du taux de NAA entre les deux temps de mesure était présente chez les athlètes contrôles. Finalement, le quatrième article documentait les atteintes microstructurales au sein de la voie corticospinale et du corps calleux six mois suivant une commotion cérébrale. Les analyses n’ont démontré aucune différence au sein de la voie corticospinale alors que des différences ont été relevées par segmentation du corps calleux selon les projections des fibres calleuses. En effet, les athlètes commotionnées présentaient une diminution de la DM et de la diffusivité radiale (DR) au sein de la région projetant vers le cortex préfrontal, un volume moindre des fibres de matière blanche dans la région projetant vers l’aire prémotrice et l’aire motrice supplémentaire, ainsi qu’une diminution de la diffusivité axiale (DA) dans la région projetant vers l’aire pariétale et temporale. En somme, les études incluses dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets métaboliques et microstructuraux des commotions cérébrales et démontrent des effets délétères persistants chez des athlètes féminines. Ces données vont de pair avec la littérature scientifique qui suggère que les commotions cérébrales n’entraînent pas seulement des symptômes temporaires.