Getting to the point: The influence of communicative intent on the kinematics of pointing gestures

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Caractérisation tridimensionnelle de l’amplitude articulaire de l’épaule

L’épaule est l’articulation la plus mobile et la plus instable du corps humain dû à la faible quantité de contraintes osseuses et au rôle des tissus mous qui lui confèrent au moins une dizaine de degrés de liberté. La mobilité de l’épaule est un facteur de performance dans plusieurs sports. Mais son instabilité engendre des troubles musculo-squelettiques, dont les déchirures de la coiffe des rotateurs sont fréquentes et les plus handicapantes. L’évaluation de l’amplitude articulaire est un indice commun de la fonction de l’épaule, toutefois elle est souvent limitée à quelques mesures planaires pour lesquelles les degrés de liberté varient indépendamment les uns des autres. Ces valeurs utilisées dans les modèles de simulation musculo-squelettiques peuvent amener à des solutions non physiologiques. L’objectif de cette thèse était de développer des outils pour la caractérisation de la mobilité articulaire tri-dimensionnelle de l’épaule, en passant par i) fournir une méthode et son approche expérimentale pour évaluer l’amplitude articulaire tridimensionnelle de l’épaule incluant des interactions entre les degrés de liberté ; ii) proposer une représentation permettant d’interpréter les données tri-dimensionnelles obtenues; iii) présenter des amplitudes articulaires normalisées, iv) implémenter une amplitude articulaire tridimensionnelle au sein d’un modèle de simulation numérique afin de générer des mouvements sportifs optimaux plus réalistes; v) prédire des amplitudes articulaires sécuritaires et vi) des exercices de rééducation sécuritaires pour des patients ayant subi une réparation de la coiffe des rotateurs. i) Seize sujets ont été réalisé séries de mouvements d’amplitudes maximales actifs avec des combinaisons entre les différents degrés de liberté de l’épaule. Un système d’analyse du mouvement couplé à un modèle cinématique du membre supérieur a été utilisé pour estimer les cinématiques articulaires tridimensionnelles. ii) L’ensemble des orientations définies par une séquence de trois angles a été inclus dans un polyèdre non convexe représentant l’espace de mobilité articulaire prenant en compte les interactions entre les degrés de liberté. La combinaison des séries d’élévation et de rotation est recommandée pour évaluer l’amplitude articulaire complète de l’épaule. iii) Un espace de mobilité normalisé a également été défini en englobant les positions atteintes par au moins 50% des sujets et de volume moyen. iv) Cet espace moyen, définissant la mobilité physiologiques, a été utilisé au sein d’un modèle de simulation cinématique utilisé pour optimiser la technique d’un élément acrobatique de lâcher de barres réalisée par des gymnastes. Avec l’utilisation régulière de limites articulaires planaires pour contraindre la mobilité de l’épaule, seulement 17% des solutions optimales sont physiologiques. En plus, d’assurer le réalisme des solutions, notre contrainte articulaire tridimensionnelle n’a pas affecté le coût de calculs de l’optimisation. v) et vi) Les seize participants ont également réalisé des séries d’amplitudes articulaires passives et des exercices de rééducation passifs. La contrainte dans l’ensemble des muscles de la coiffe des rotateurs au cours de ces mouvements a été estimée à l’aide d’un modèle musculo-squelettique reproduisant différents types et tailles de déchirures. Des seuils de contrainte sécuritaires ont été utilisés pour distinguer les amplitudes de mouvements risquées ou non pour l’intégrité de la réparation chirurgicale. Une taille de déchirure plus grande ainsi que les déchirures affectant plusieurs muscles ont contribué à réduire l’espace de mobilité articulaire sécuritaire. Principalement les élévations gléno-humérales inférieures à 38° et supérieures à 65°, ou réalisées avec le bras maintenu en rotation interne engendrent des contraintes excessives pour la plupart des types et des tailles de blessure lors de mouvements d’abduction, de scaption ou de flexion. Cette thèse a développé une représentation innovante de la mobilité de l’épaule, qui tient compte des interactions entre les degrés de liberté. Grâce à cette représentation, l’évaluation clinique pourra être plus exhaustive et donc élargir les possibilités de diagnostiquer les troubles de l’épaule. La simulation de mouvement peut maintenant être plus réaliste. Finalement, nous avons montré l’importance de personnaliser la rééducation des patients en termes d’amplitude articulaire, puisque des exercices passifs de rééducation précoces peuvent contribuer à une re-déchirure à cause d’une contrainte trop importante qu’ils imposent aux tendons.

The swimming kinematics of larval Atlantic cod, Gadus morhua L., are resilient to elevated seawater pCO2

Kinematics of swimming behavior of larval Atlantic cod, aged 12 and 27 days post-hatch (dph) and cultured under three pCO2 conditions (control-370, medium-1800, and high-4200 µatm) from March to May 2010, were extracted from swim path recordings obtained using silhouette video photography. The swim paths were analyzed for swim duration, distance and speed, stop duration, and horizontal and vertical turn angles to determine whether elevated seawater pCO2-at beyond near-future ocean acidification levels-affects the swimming kinematics of Atlantic cod larvae. There were no significant differences in most of the variables tested: the swimming kinematics of Atlantic cod larvae at 12 and 27 dph were highly resilient to extremely elevated pCO2 levels. Nonetheless, cod larvae cultured at the highest pCO2 concentration displayed vertical turn angles that were more restricted (median turn angle, 15°) than larvae in the control (19°) and medium (19°) treatments at 12 dph (but not at 27 dph). Significant reduction in the stop duration of cod larvae from the high treatment (median stop duration, 0.28 s) was also observed compared to the larvae from the control group (0.32 s) at 27 dph (but not at 12 dph). The functional and ecological significance of these subtle differences are unclear and, therefore, require further investigation in order to determine whether they are ecologically relevant or spurious.

MRI Registration for Human Hip Kinematics

Measurement of joint kinematics can provide knowledge to help improve joint prosthesis design, as well as identify joint motion patterns that may lead to joint degeneration or injury. More investigation into how the hip translates in live human subjects during high amplitude motions is needed. This work presents a design of a non-invasive method using the registration between images from conventional Magnetic Resonance Imaging (MRI) and open MRI to calculate three dimensional hip joint kinematics. The method was tested on a single healthy subject in three different poses. MRI protocols for the conventional gantry, high-resolution MRI and the open gantry, lowresolution MRI were developed. The scan time for the low-resolution protocol was just under 6 minutes. High-resolution meshes and low resolution contours were derived from segmentation of the high-resolution and low-resolution images, respectively. Low-resolution contours described the poses as scanned, whereas the meshes described the bones’ geometries. The meshes and contours were registered to each other, and joint kinematics were calculated. The segmentation and registration were performed for both cortical and sub-cortical bone surfaces. A repeatability study was performed by comparing the kinematic results derived from three users’ segmentations of the sub-cortical bone surfaces from a low-resolution scan. The root mean squared error of all registrations was below 1.92mm. The maximum range between segmenters in translation magnitude was 0.95mm, and the maximum deviation from the average of all orientations was 1.27◦. This work demonstrated that this method for non-invasive measurement of hip kinematics is promising for measuring high-range-of-motion hip motions in vivo.

Improved Accuracy in Optical Motion Capture Measurements Leads to Increased Sensitivity to Kinematic Changes

Clinical optical motion capture allows us to obtain kinematic and kinetic outcome measures that aid clinicians in diagnosing and treating different pathologies affecting healthy gait. The long term aim for gait centres is for subject-specific analyses that can predict, prevent, or reverse the effects of pathologies through gait retraining. To track the body, anatomical segment coordinate systems are commonly created by applying markers to the surface of the skin over specific, bony anatomy that is manually palpated. The location and placement of these markers is subjective and precision errors of up to 25mm have been reported [1]. Additionally, the selection of which anatomical landmarks to use in segment models can result in large angular differences; for example angular differences in the trunk can range up to 53o for the same motion depending on marker placement [2]. These errors can result in erroneous kinematic outcomes that either diminish or increase the apparent effects of a treatment or pathology compared to healthy data. Our goal was to improve the accuracy and precision of optical motion capture outcome measures. This thesis describes two separate studies. In the first study we aimed to establish an approach that would allow us to independently quantify the error among trunk models. Using this approach we determined if there was a best model to accurately track trunk motion. In the second study we designed a device to improve precision for test, re-test protocols that would also reduce the set-up time for motion capture experiments. Our method to compare a kinematically derived centre of mass velocity to one that was derived kinetically was successful in quantifying error among trunk models. Our findings indicate that models that use lateral shoulder markers as well as limit the translational degrees of freedom of the trunk through shared pelvic markers result in the least amount of error for the tasks we studied. We also successfully reduced intra- and inter-operator anatomical marker placement errors using a marker alignment device. The improved accuracy and precision resulting from the methods established in this thesis may lead to increased sensitivity to changes in kinematics, and ultimately result in more consistent treatment outcomes.

React vs Angular : Slaget om användarupplevelsen

Lately, various programming frameworks has been developed for developing web applications. These frameworks focus on increasing the user experience by performance improvements such as faster render times and response times. One of these frameworks are React, which has introduced a completely new architectural pattern for both managing the state and data flow of an application. React also offers support for native application development and makes server-side rendering possible. Something that is difficult to accomplish with an application developed with Angular 1.5, which is used by the company Dewire today. The aim of this thesis was to compare React with an existing Angular project, in order to determine whether React could be a potential replacement for Angular. To gain knowledge about the subject, a theoretical study of web- based sources has been made. While the practical part has been to rebuild a web application with React together with the architecture Flux, which is based on a view from the Angular project. The implementation process was repeated until the view was completed and a desired data flow, as in the Angular application, was reached. The resulting React application was later compared with the Angular application developed by the company, where the outcome of the comparison showed that the React performed better than Angular in all tests. In conclusion, due to the timeframe of the project, only the most important parts of the Angular project were implemented in order to carry out the measurements that were of interest to the company. By recreating most of the functionality, or the entire Angular application, more interesting comparisons could have been done.

Design and modeling of optical fibers for spatial division multiplexing using the orbital angular momentum of light

Les besoins toujours croissants en terme de transfert de données numériques poussent au développement de nouvelles technologies pour accroître la capacité des réseaux, notamment en ce qui concerne les réseaux de fibre optique. Parmi ces nouvelles technologies, le multiplexage spatial permet de multiplier la capacité des liens optiques actuels. Nous nous intéressons particulièrement à une forme de multiplexage spatial utilisant le moment cinétique orbital de la lumière comme base orthogonale pour séparer un certain nombre de canaux. Nous présentons d’abord les notions d’électromagnétisme et de physique nécessaires à la compréhension des développements ultérieurs. Les équations de Maxwell sont dérivées afin d’expliquer les modes scalaires et vectoriels de la fibre optique. Nous présentons également d’autres propriétés modales, soit la coupure des modes, et les indices de groupe et de dispersion. La notion de moment cinétique orbital est ensuite introduite, avec plus particulièrement ses applications dans le domaine des télécommunications. Dans une seconde partie, nous proposons la carte modale comme un outil pour aider au design des fibres optiques à quelques modes. Nous développons la solution vectorielle des équations de coupure des modes pour les fibres en anneau, puis nous généralisons ces équations pour tous les profils de fibres à trois couches. Enfin, nous donnons quelques exemples d’application de la carte modale. Dans la troisième partie, nous présentons des designs de fibres pour la transmission des modes avec un moment cinétique orbital. Les outils développés dans la seconde partie sont utilisés pour effectuer ces designs. Un premier design de fibre, caractérisé par un centre creux, est étudié et démontré. Puis un second design, une famille de fibres avec un profil en anneau, est étudié. Des mesures d’indice effectif et d’indice de groupe sont effectuées sur ces fibres. Les outils et les fibres développés auront permis une meilleure compréhension de la transmission dans la fibre optique des modes ayant un moment cinétique orbital. Nous espérons que ces avancements aideront à développer prochainement des systèmes de communications performants utilisant le multiplexage spatial.

Hindfoot Kinematics of Healthy Subjects Using Lateral Wedge Insoles in a Biplane Fluoroscopy System

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

The tetrahexahedric angular Calogero model

The spherical reduction of the rational Calogero model (of type A n−1 and after removing the center of mass) is considered as a maximally superintegrable quantum system, which describes a particle on the (n−2)-sphere subject to a very particular potential. We present a detailed analysis of the simplest non-separable case, n=4, whose potential is singular at the edges of a spherical tetrahexahedron. A complete set of independent conserved charges and of Hamiltonian intertwiners is constructed, and their algebra is elucidated. They arise from the ring of polynomials in Dunkl-deformed angular momenta, by classifying the subspaces invariant and antiinvariant under all Weyl reflections, respectively.

Aplicación de administración con Angular, Node y Express para una aplicación Django

En este trabajo de fin de grado se ha desarrollado una aplicación de administración que sustituye a las que ofrecen por defecto las aplicaciones creadas con el framework de desarrollo web Django. La aplicación está compuesta por dos partes: un servidor, desarrollado con Node y Express, que ataca a la base de datos MySQL de la aplicación Django (es el nexo de unión entre ambas), y expone una API que es utilizada por la otra parte que compone la aplicación, la parte del cliente. La API es totalmente privada, siendo necesario un token de autenticación válido para poder obtener una respuesta satisfactoria de la misma. La generación del token también es tarea del servidor. El cliente, que es la parte que ve el usuario final, está desarrollada usando el framework Angular. La interfaz de usuario utiliza Bootstrap, por lo que su visualización es correcta en cualquier tipo de dispositivo, tanto de escritorio como móvil. En definitiva, se ha desarrollado una aplicación JavaScript End-to-End, empleando las últimas tecnologías web, mejorando ostensiblemente, las prestaciones que ofrece un panel de administración generado automáticamente por una aplicación Django.