Prospective motion correction of 3D echo-planar imaging data for functional MRI using optical tracking.

We evaluated the performance of an optical camera based prospective motion correction (PMC) system in improving the quality of 3D echo-planar imaging functional MRI data. An optical camera and external marker were used to dynamically track the head movement of subjects during fMRI scanning. PMC was performed by using the motion information to dynamically update the sequence's RF excitation and gradient waveforms such that the field-of-view was realigned to match the subject's head movement. Task-free fMRI experiments on five healthy volunteers followed a 2×2×3 factorial design with the following factors: PMC on or off; 3.0mm or 1.5mm isotropic resolution; and no, slow, or fast head movements. Visual and motor fMRI experiments were additionally performed on one of the volunteers at 1.5mm resolution comparing PMC on vs PMC off for no and slow head movements. Metrics were developed to quantify the amount of motion as it occurred relative to k-space data acquisition. The motion quantification metric collapsed the very rich camera tracking data into one scalar value for each image volume that was strongly predictive of motion-induced artifacts. The PMC system did not introduce extraneous artifacts for the no motion conditions and improved the time series temporal signal-to-noise by 30% to 40% for all combinations of low/high resolution and slow/fast head movement relative to the standard acquisition with no prospective correction. The numbers of activated voxels (p<0.001, uncorrected) in both task-based experiments were comparable for the no motion cases and increased by 78% and 330%, respectively, for PMC on versus PMC off in the slow motion cases. The PMC system is a robust solution to decrease the motion sensitivity of multi-shot 3D EPI sequences and thereby overcome one of the main roadblocks to their widespread use in fMRI studies.

ISO 9002 -laatujärjestelmän toteutus tukkukaupassa

Työn tavoitteena oli tehdä kohde yritykselle ostoon, kotimaan myyntiin, varastointiin ja toimituksiin ISO 9002 -standardiin pohjautuva laatujärjestelmä, joka voidaan myöhemmin sertifioida. Valmis laatujärjestelmän kuvaus esitetään kirjallisessa muodossa laatukäsikirjan avulla. toisena tavoitteena oli tehdä laatujärjestelmään mittarit, jotka mahdollistava yrityksen laatujärjestelmän toimivuuden seurannan. Kolmantena tavoitteena oli saavuttaa laatujärjestelmän avulla taloudellisia säästöjä yrityksen toiminnassa pitkällä tähtäimellä. Tärkeä osa työtä oli laatia yrityksen laatukäsikirja ISO 9002 -standardin vaatimuksien mukaisesti. Työ jakautuu kahdeksaan suurempaan kokonaisuuteen: laatuun ja palveluihin liittyvien perusajatuksien määrittelyyn, tukkukauppatoiminnan kuvaamiseen, kohdeyrityksen esittelyyn, henkilökuntakyselyn suorittamiseen. laatujärjestelmien käsittelyyn, ISON 9002 -standardin vaatimuksien esittelyyn, kohden yrityksen laatukäsikirjan tarkasteluun ja saavutettujen tulosten tarkastelua ja pohdintaa. Työ tuloksena voidaan todeta, että laatujärjestelmän rakentaminen yritykselle on ollut hyvä ratkaisu. Laatujärjestelmän avulla on voitu saavuttaa säästöjä ja kehitysaskeleita. Investointi parempaan laatuun on kannattanut.

Using time and stochastic models for software reliability forecasting and analysis

Tämä työ luo katsauksen ajallisiin ja stokastisiin ohjelmien luotettavuus malleihin sekä tutkii muutamia malleja käytännössä. Työn teoriaosuus sisältää ohjelmien luotettavuuden kuvauksessa ja arvioinnissa käytetyt keskeiset määritelmät ja metriikan sekä varsinaiset mallien kuvaukset. Työssä esitellään kaksi ohjelmien luotettavuusryhmää. Ensimmäinen ryhmä ovat riskiin perustuvat mallit. Toinen ryhmä käsittää virheiden ”kylvöön” ja merkitsevyyteen perustuvat mallit. Työn empiirinen osa sisältää kokeiden kuvaukset ja tulokset. Kokeet suoritettiin käyttämällä kolmea ensimmäiseen ryhmään kuuluvaa mallia: Jelinski-Moranda mallia, ensimmäistä geometrista mallia sekä yksinkertaista eksponenttimallia. Kokeiden tarkoituksena oli tutkia, kuinka syötetyn datan distribuutio vaikuttaa mallien toimivuuteen sekä kuinka herkkiä mallit ovat syötetyn datan määrän muutoksille. Jelinski-Moranda malli osoittautui herkimmäksi distribuutiolle konvergaatio-ongelmien vuoksi, ensimmäinen geometrinen malli herkimmäksi datan määrän muutoksille.

THE IMPACT OF ARCHITECTURAL DESIGN ON SOFTWARE DEVELOPMENT

Tässä työssä tutkitaan ohjelmistoarkkitehtuurisuunnitteluominaisuuksien vaikutusta erään client-server –arkkitehtuuriin perustuvan mobiilipalvelusovelluksen suunnittelu- ja toteutusaikaan. Kyseinen tutkimus perustuu reaalielämän projektiin, jonka kvalitatiivinen analyysi paljasti arkkitehtuurikompponenttien välisten kytkentöjen merkittävästi vaikuttavan projektin työmäärään. Työn päätavoite oli kvantitatiivisesti tutkia yllä mainitun havainnon oikeellisuus. Tavoitteen saavuttamiseksi suunniteltiin ohjelmistoarkkitehtuurisuunnittelun mittaristo kuvaamaan kyseisen järjestelmän alijärjestelmien arkkitehtuuria ja luotiin kaksi suunniteltua mittaristoa käyttävää, työmäärää (komponentin suunnittelu-, toteutus- ja testausaikojen summa) arvioivaa mallia, joista toinen on lineaarinen ja toinen epälineaarinen. Näiden mallien kertoimet sovitettiin optimoimalla niiden arvot epälineaarista gloobaalioptimointimenetelmää, differentiaalievoluutioalgoritmia, käyttäen, niin että mallien antamat arvot vastasivat parhaiten mitattua työmäärää sekä kaikilla ominaisuuksilla eli attribuuteilla että vain osalla niistä (yksi jätettiin vuorotellen pois). Kun arkkitehtuurikompenttien väliset kytkennät jätettiin malleista pois, mitattujen ja arvoitujen työmäärien välinen ero (ilmaistuna virheenä) kasvoi eräässä tapauksessa 367 % entisestä tarkoittaen sitä, että näin muodostettu malli vastasi toteutusaikoja huonosti annetulla ainestolla. Tämä oli suurin havaitu virhe kaikkien poisjätettyjen ominaisuuksien kesken. Saadun tuloksen perusteella päätettiin, että kyseisen järjestelmän toteutusajat ovat vahvasti riippuvaisia kytkentöjen määrästä, ja näin ollen kytkentöjen määrä oli mitä todennäköisemmin kaikista tärkein työmäärään vaikuttava tekijä tutkitun järjestelmän arkkitehtuurisuunnittelussa.

Betonielementtitehtaan tuottavuuden parantaminen kunnossapidon keinoin

Työn teoriaosassa käsitellään suorituskyvyn osa-alueita, suorituskyvyn mittaamista ja kunnossapitoa. Suorituskyvyn osa-alueiden avulla pyritään osoittamaan, että kunnossapidon kehittäminen kannattaa tuottavuuden kasvamisen ja kannattavuuden paranemisen johdosta. Suorituskyvyn mittaamisella ja sen lähtökohdilla luodaan mittarit, joilla pystytään havaitsemaan muutokset näissä osa-alueissa. Kunnossapidolla haetaan keinot, joilla suorituskyvyn osa-alueet kehittyvät. Käytännön osiossa kuvataan kohdeyrityksessä havaittuja tapahtumia kunnossapidon kehittämisessä ja mittariston käyttöönotossa. Tämän lisäksi tämä empiirinen osa kertoo tehdyistä toimenpiteistä tehtaalla. Empiirisen osion päättää jatkoehdotuslista projektin jatkamisesta tämän tutkimuksen jälkeen.

Basal ganglia-cortical structural connectivity in Huntington's disease.

Huntington's disease is an incurable neurodegenerative disease caused by inheritance of an expanded cytosine-adenine-guanine (CAG) trinucleotide repeat within the Huntingtin gene. Extensive volume loss and altered diffusion metrics in the basal ganglia, cortex and white matter are seen when patients with Huntington's disease (HD) undergo structural imaging, suggesting that changes in basal ganglia-cortical structural connectivity occur. The aims of this study were to characterise altered patterns of basal ganglia-cortical structural connectivity with high anatomical precision in premanifest and early manifest HD, and to identify associations between structural connectivity and genetic or clinical markers of HD. 3-Tesla diffusion tensor magnetic resonance images were acquired from 14 early manifest HD subjects, 17 premanifest HD subjects and 18 controls. Voxel-based analyses of probabilistic tractography were used to quantify basal ganglia-cortical structural connections. Canonical variate analysis was used to demonstrate disease-associated patterns of altered connectivity and to test for associations between connectivity and genetic and clinical markers of HD; this is the first study in which such analyses have been used. Widespread changes were seen in basal ganglia-cortical structural connectivity in early manifest HD subjects; this has relevance for development of therapies targeting the striatum. Premanifest HD subjects had a pattern of connectivity more similar to that of controls, suggesting progressive change in connections over time. Associations between structural connectivity patterns and motor and cognitive markers of disease severity were present in early manifest subjects. Our data suggest the clinical phenotype in manifest HD may be at least partly a result of altered connectivity. Hum Brain Mapp 36:1728-1740, 2015. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.

Managing material flows and improving performance in a component supplier’s internal supply chain

Tämä diplomityö tehtiin osana Componenta Cast Componentsin kolmivuotista toimitusketjujen kehitysprojektia. Työn tavoitteena oli kuvata tyypillinen yrityksen sisäinen toimitusketjuprosessi ja tehdä alustava suorituskykyanalyysi valimon ja konepajan väliseen logistiseen prosessiin liittyen. Tarkoituksena oli myös löytää kehityskohteita materiaali- ja tietovirtojen hallinnassa näiden tuotantoyksiköiden välillä. Logistiikkaan, toimitusketjujen hallintaan ja toimitusketjun suorituskyvyn mittaamiseen liittyvän kirjallisuustutkimuksen sekä käytännön perusteella valittiin sopivat analyysimenetelmät. Näitä menetelmiä hyödynnettiin tilaustoimitus – prosessin kuvaamisessa sekä suorituskyvyn analysoinnissa yrityksen sisäisessä toimitusketjussa. Luonnollisena jatkona kehitettiin ja pantiin käytäntöön toimitusketjua synkronoiva imutyyppinen tuotannon- ja materiaalinohjausmenetelmä. Diplomityöprojektin aikana kehitettiin myös apuvälineet käyttöönotetun menetelmän asianmukaista hyödyntämistä varten. Diplomityöprojektissa otettiin ensimmäiset askeleet kohti integroitua sisäistä toimitusketjua. Uuden tuotannon- ja materiaalinohjausmenetelmän standardisointi muihin menetelmiin yhdistettynä, sekä toimitusketjun avainmittarien jatkokehitys on jo alkanut. Läpimenoaikoja lyhentämällä ja synkronoidun, läpinäkyvän kysyntä-tarjontaketjun avulla integroitumisen astetta voidaan nostaa edelleen. Poikkiorganisatorinen kehitys ja johtaminen toimitusketjussa on avainedellytys menestykseen.

Land use changes, landscape ecology and their socioeconomic driving forces in the Spanish Mediterranean coast (the Maresme County, 1850-2005)

[cat] Utilitzem un conjunt de mètriques del paisatge per estudiar l'evolució a llarg termini seguida en una típica zona costanera del Mediterrani des de 1850 fins a 2005, que mostren una greu deterioració del medi ambient entre 1950 i 2005. Les principals forces motores d'aquesta degradació del paisatge han estat el creixement urbà experimentat a les antigues zones agrícoles situades a les planes litorals, juntament amb l'abandonament i la reforestació dels vessants dels pujols interceptats per àrees residencials de baixa densitat, carreteres i altres infraestructures lineals. Duem a terme una anàlisi estadística de redundància (RDA) amb la finalitat d'identificar els que considerem com alguns agents rectors socioeconòmics i polítics d'última instància d'aquests impactes ambientals. Els resultats confirmen les nostres hipòtesis interpretatives, que són que: 1) els canvis en les cobertes i usos del sòl determinen canvis en les propietats dels paisatge, tant estructurals com funcionals; 2) aquests canvis no es produeixen per atzar, sinó que estan relacionats amb factors geogràfics i forces socioeconòmiques i polítiques.

Land use changes, landscape ecology and their socioeconomic driving forces in the Spanish Mediterranean coast (the Maresme County, 1850-2005)

[cat] Utilitzem un conjunt de mètriques del paisatge per estudiar l'evolució a llarg termini seguida en una típica zona costanera del Mediterrani des de 1850 fins a 2005, que mostren una greu deterioració del medi ambient entre 1950 i 2005. Les principals forces motores d'aquesta degradació del paisatge han estat el creixement urbà experimentat a les antigues zones agrícoles situades a les planes litorals, juntament amb l'abandonament i la reforestació dels vessants dels pujols interceptats per àrees residencials de baixa densitat, carreteres i altres infraestructures lineals. Duem a terme una anàlisi estadística de redundància (RDA) amb la finalitat d'identificar els que considerem com alguns agents rectors socioeconòmics i polítics d'última instància d'aquests impactes ambientals. Els resultats confirmen les nostres hipòtesis interpretatives, que són que: 1) els canvis en les cobertes i usos del sòl determinen canvis en les propietats dels paisatge, tant estructurals com funcionals; 2) aquests canvis no es produeixen per atzar, sinó que estan relacionats amb factors geogràfics i forces socioeconòmiques i polítiques.

Tuning Performance of Multi-threaded programs

Diplomityö tarkastelee säikeistettyä ohjelmointia rinnakkaisohjelmoinnin ylemmällä hierarkiatasolla tarkastellen erityisesti hypersäikeistysteknologiaa. Työssä tarkastellaan hypersäikeistyksen hyviä ja huonoja puolia sekä sen vaikutuksia rinnakkaisalgoritmeihin. Työn tavoitteena oli ymmärtää Intel Pentium 4 prosessorin hypersäikeistyksen toteutus ja mahdollistaa sen hyödyntäminen, missä se tuo suorituskyvyllistä etua. Työssä kerättiin ja analysoitiin suorituskykytietoa ajamalla suuri joukko suorituskykytestejä eri olosuhteissa (muistin käsittely, kääntäjän asetukset, ympäristömuuttujat...). Työssä tarkasteltiin kahdentyyppisiä algoritmeja: matriisioperaatioita ja lajittelua. Näissä sovelluksissa on säännöllinen muistinkäyttökuvio, mikä on kaksiteräinen miekka. Se on etu aritmeettis-loogisissa prosessoinnissa, mutta toisaalta huonontaa muistin suorituskykyä. Syynä siihen on nykyaikaisten prosessorien erittäin hyvä raaka suorituskyky säännöllistä dataa käsiteltäessä, mutta muistiarkkitehtuuria rajoittaa välimuistien koko ja useat puskurit. Kun ongelman koko ylittää tietyn rajan, todellinen suorituskyky voi pudota murto-osaan huippusuorituskyvystä.

Benchmarked Quality Measurement Process in a Software Validation Process

Jatkuva laadunmittaus osana ohjelmistoprosessia on yleistynyt ohjelmistoyritysten keskuudessa viime vuosien aikana. ISO 9001:2000 -laatustandardi vaatii yrityksiltä tuotteiden ja prosessien laadun mittaamista ja seuraamista. Laadun mittareiden valinta on haastava tehtävä. Yritykset luulevat usein mittaavansa laatua, vaikka ne todellisuudessa mittaavatkin ohjelmistojen eri ominaisuuksia kuten kokoa tai monimutkaisuutta. Tässä diplomityössä kehitetään ohjelmistojen validointiprosessiin vertailuun perustuva laadunmittausprosessi ohjelmistotuotteiden laadun arviointiin, mittaamiseen ja seurantaan. Laatumittarit valitaan ennalta määriteltyjen kriteereiden mukaisesti, ja niille asetetaan tavoitearvot vertailuanalyysistä saatujen tulosten perusteella. Laadunmittausprosessin lisäksi työssä annetaan suositus prosessin käyttöönotosta ja käytöstä osana yrityksen toimintaa, mikä mahdollistaa jatkuvan seurannan sekä kehityksen tulevaisuudessa.

Multispectral Analysis of Paper Production Phases

Paperitehtaissa paperin väriä arvioidaan L*a*b –arvojen perusteella. Tämä lähestymistapa ei ole tarkka ja johtaa siihen, että saman luokkaan kuuluvat paperit saatetaan havaita eri värisinä. Tässä diplomityössä tarkastellaan värien arviointia multispektraalisen kuvantamisen avulla. Menetelmän ajatuksena on verrata standardoidun heijastuman spektriä kohteena olevan paperirullan heijastuman spektriin mittaustapojen avulla. 12:n kirjallisuuteen perustuvan ja yhden tutkimusryhmämme kehittämän mittaustavan joukosta pyrittiin valitsemaan parhaat mittaustavat tutkimuksien perusteella. Mittaustavan tehokkuus tarkoittaa kykä tunnistaa eroavaisuuksia värisävyn, värikylläisyyden ja valoisuuden perusteella. Mittaustapoja tutkittiin sekä keinotekoisilla kuvilla että aidoilla paperinäytteillä. Tuloksena maksimi-minimi-, aritmeettisen keskiarvon minimi- ja geometrisen keskiarvon minimimenetelmä olivat parhaita mittaustapoja.

A multi-contrast MRI study of microstructural brain damage in patients with mild cognitive impairment.

OBJECTIVES: The aim of this study was to investigate pathological mechanisms underlying brain tissue alterations in mild cognitive impairment (MCI) using multi-contrast 3 T magnetic resonance imaging (MRI). METHODS: Forty-two MCI patients and 77 healthy controls (HC) underwent T1/T2* relaxometry as well as Magnetization Transfer (MT) MRI. Between-groups comparisons in MRI metrics were performed using permutation-based tests. Using MRI data, a generalized linear model (GLM) was computed to predict clinical performance and a support-vector machine (SVM) classification was used to classify MCI and HC subjects. RESULTS: Multi-parametric MRI data showed microstructural brain alterations in MCI patients vs HC that might be interpreted as: (i) a broad loss of myelin/cellular proteins and tissue microstructure in the hippocampus (p ≤ 0.01) and global white matter (p < 0.05); and (ii) iron accumulation in the pallidus nucleus (p ≤ 0.05). MRI metrics accurately predicted memory and executive performances in patients (p ≤ 0.005). SVM classification reached an accuracy of 75% to separate MCI and HC, and performed best using both volumes and T1/T2*/MT metrics. CONCLUSION: Multi-contrast MRI appears to be a promising approach to infer pathophysiological mechanisms leading to brain tissue alterations in MCI. Likewise, parametric MRI data provide powerful correlates of cognitive deficits and improve automatic disease classification based on morphometric features.

Advances in MRI-based computational neuroanatomy: from morphometry to in-vivo histology.

PURPOSE OF REVIEW: Current computational neuroanatomy based on MRI focuses on morphological measures of the brain. We present recent methodological developments in quantitative MRI (qMRI) that provide standardized measures of the brain, which go beyond morphology. We show how biophysical modelling of qMRI data can provide quantitative histological measures of brain tissue, leading to the emerging field of in-vivo histology using MRI (hMRI). RECENT FINDINGS: qMRI has greatly improved the sensitivity and specificity of computational neuroanatomy studies. qMRI metrics can also be used as direct indicators of the mechanisms driving observed morphological findings. For hMRI, biophysical models of the MRI signal are being developed to directly access histological information such as cortical myelination, axonal diameters or axonal g-ratio in white matter. Emerging results indicate promising prospects for the combined study of brain microstructure and function. SUMMARY: Non-invasive brain tissue characterization using qMRI or hMRI has significant implications for both research and clinics. Both approaches improve comparability across sites and time points, facilitating multicentre/longitudinal studies and standardized diagnostics. hMRI is expected to shed new light on the relationship between brain microstructure, function and behaviour, both in health and disease, and become an indispensable addition to computational neuroanatomy.

Comparison of accelerated T1-weighted whole-brain structural-imaging protocols.

Imaging in neuroscience, clinical research and pharmaceutical trials often employs the 3D magnetisation-prepared rapid gradient-echo (MPRAGE) sequence to obtain structural T1-weighted images with high spatial resolution of the human brain. Typical research and clinical routine MPRAGE protocols with ~1mm isotropic resolution require data acquisition time in the range of 5-10min and often use only moderate two-fold acceleration factor for parallel imaging. Recent advances in MRI hardware and acquisition methodology promise improved leverage of the MR signal and more benign artefact properties in particular when employing increased acceleration factors in clinical routine and research. In this study, we examined four variants of a four-fold-accelerated MPRAGE protocol (2D-GRAPPA, CAIPIRINHA, CAIPIRINHA elliptical, and segmented MPRAGE) and compared clinical readings, basic image quality metrics (SNR, CNR), and automated brain tissue segmentation for morphological assessments of brain structures. The results were benchmarked against a widely-used two-fold-accelerated 3T ADNI MPRAGE protocol that served as reference in this study. 22 healthy subjects (age=20-44yrs.) were imaged with all MPRAGE variants in a single session. An experienced reader rated all images of clinically useful image quality. CAIPIRINHA MPRAGE scans were perceived on average to be of identical value for reading as the reference ADNI-2 protocol. SNR and CNR measurements exhibited the theoretically expected performance at the four-fold acceleration. The results of this study demonstrate that the four-fold accelerated protocols introduce systematic biases in the segmentation results of some brain structures compared to the reference ADNI-2 protocol. Furthermore, results suggest that the increased noise levels in the accelerated protocols play an important role in introducing these biases, at least under the present study conditions.