Automatic quality assessment in structural brain magnetic resonance imaging

MRI has evolved into an important diagnostic technique in medical imaging. However, reliability of the derived diagnosis can be degraded by artifacts, which challenge both radiologists and automatic computer-aided diagnosis. This work proposes a fully-automatic method for measuring image quality of three-dimensional (3D) structural MRI. Quality measures are derived by analyzing the air background of magnitude images and are capable of detecting image degradation from several sources, including bulk motion, residual magnetization from incomplete spoiling, blurring, and ghosting. The method has been validated on 749 3D T(1)-weighted 1.5T and 3T head scans acquired at 36 Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) study sites operating with various software and hardware combinations. Results are compared against qualitative grades assigned by the ADNI quality control center (taken as the reference standard). The derived quality indices are independent of the MRI system used and agree with the reference standard quality ratings with high sensitivity and specificity (>85%). The proposed procedures for quality assessment could be of great value for both research and routine clinical imaging. It could greatly improve workflow through its ability to rule out the need for a repeat scan while the patient is still in the magnet bore.

Spatial visualization of DNA in solution.

An image analysis method is presented which allows for the reconstruction of the three-dimensional path of filamentous objects from two of their projections. Starting with stereo pairs, this method is used to trace the trajectory of DNA molecules embedded in vitreous ice and leads to a faithful representation of their three-dimensional shape in solution. This computer-aided reconstruction is superior to the subjective three-dimensional impression generated by observation of stereo pairs of micrographs because it enables one to look at the reconstructed molecules from any chosen direction and distance and allows quantitative analysis such as determination of distances, curvature, persistence length, and writhe of DNA molecules in solution.

Mekanismien dynamiikan simuloinnissa sovellettavia numeerisia- ja mallinnusmenetelmiä

Koneet voidaan usein jakaa osajärjestelmiin, joita ovat ohjaus- ja säätöjärjestelmät, voimaa tuottavat toimilaitteet ja voiman välittävät mekanismit. Eri osajärjestelmiä on simuloitu tietokoneavusteisesti jo usean vuosikymmenen ajan. Osajärjestelmien yhdistäminen on kuitenkin uudempi ilmiö. Usein esimerkiksi mekanismien mallinnuksessa toimilaitteen tuottama voimaon kuvattu vakiona, tai ajan funktiona muuttuvana voimana. Vastaavasti toimilaitteiden analysoinnissa mekanismin toimilaitteeseen välittämä kuormitus on kuvattu vakiovoimana, tai ajan funktiona työkiertoa kuvaavana kuormituksena. Kun osajärjestelmät on erotettu toisistaan, on niiden välistenvuorovaikutuksien tarkastelu erittäin epätarkkaa. Samoin osajärjestelmän vaikutuksen huomioiminen koko järjestelmän käyttäytymissä on hankalaa. Mekanismien dynamiikan mallinnukseen on kehitetty erityisesti tietokoneille soveltuvia numeerisia mallinnusmenetelmiä. Useimmat menetelmistä perustuvat Lagrangen menetelmään, joka mahdollistaa vapaasti valittaviin koordinaattimuuttujiin perustuvan mallinnuksen. Numeerista ratkaisun mahdollistamiseksi menetelmän avulla muodostettua differentiaali-algebraaliyhtälöryhmää joudutaan muokkaamaan esim. derivoimalla rajoiteyhtälöitä kahteen kertaan. Menetelmän alkuperäisessä numeerisissa ratkaisuissa kaikki mekanismia kuvaavat yleistetyt koordinaatit integroidaan jokaisella aika-askeleella. Tästä perusmenetelmästä johdetuissa menetelmissä riippumattomat yleistetyt koordinaatit joko integroidaan ja riippuvat koordinaatit ratkaistaan rajoiteyhtälöiden perusteella tai yhtälöryhmän kokoa pienennetään esim. käyttämällä nopeus- ja kiihtyvyysanalyyseissä eri kiertymäkoordinaatteja kuin asema-analyysissä. Useimmat integrointimenetelmät on alun perin tarkoitettu differentiaaliyhtälöiden (ODE) ratkaisuunjolloin yhtälöryhmään liitetyt niveliä kuvaavat algebraaliset rajoiteyhtälöt saattavat aiheuttaa ongelmia. Nivelrajoitteiden virheiden korjaus, stabilointi, on erittäin tärkeää mekanismien dynamiikan simuloinnin onnistumisen ja tulosten oikeellisuuden kannalta. Mallinnusmenetelmien johtamisessa käytetyn virtuaalisen työn periaatteen oletuksena nimittäin on, etteivät rajoitevoimat tee työtä, eli rajoitteiden vastaista siirtymää ei tapahdu. Varsinkaan monimutkaisten järjestelmien pidemmissä analyyseissä nivelrajoitteet eivät toteudu tarkasti. Tällöin järjestelmän energiatasapainoei toteudu ja järjestelmään muodostuu virtuaalista energiaa, joka rikkoo virtuaalisen työn periaatetta, Tästä syystä tulokset eivät enää pidäpaikkaansa. Tässä raportissa tarkastellaan erityyppisiä mallinnus- ja ratkaisumenetelmiä, ja vertaillaan niiden toimivuutta yksinkertaisten mekanismien numeerisessa ratkaisussa. Menetelmien toimivuutta tarkastellaan ratkaisun tehokkuuden, nivelrajoitteiden toteutumisen ja energiatasapainon säilymisen kannalta.

Conflict-based Method for Conceptual Process Synthesis

The changing business environment demands that chemical industrial processes be designed such that they enable the attainment of multi-objective requirements and the enhancement of innovativedesign activities. The requirements and key issues for conceptual process synthesis have changed and are no longer those of conventional process design; there is an increased emphasis on innovative research to develop new concepts, novel techniques and processes. A central issue, how to enhance the creativity of the design process, requires further research into methodologies. The thesis presentsa conflict-based methodology for conceptual process synthesis. The motivation of the work is to support decision-making in design and synthesis and to enhance the creativity of design activities. It deals with the multi-objective requirements and combinatorially complex nature of process synthesis. The work is carriedout based on a new concept and design paradigm adapted from Theory of InventiveProblem Solving methodology (TRIZ). TRIZ is claimed to be a `systematic creativity' framework thanks to its knowledge based and evolutionary-directed nature. The conflict concept, when applied to process synthesis, throws new lights on design problems and activities. The conflict model is proposed as a way of describing design problems and handling design information. The design tasks are represented as groups of conflicts and conflict table is built as the design tool. The general design paradigm is formulated to handle conflicts in both the early and detailed design stages. The methodology developed reflects the conflict nature of process design and synthesis. The method is implemented and verified through case studies of distillation system design, reactor/separator network design and waste minimization. Handling the various levels of conflicts evolve possible design alternatives in a systematic procedure which consists of establishing an efficient and compact solution space for the detailed design stage. The approach also provides the information to bridge the gap between the application of qualitative knowledge in the early stage and quantitative techniques in the detailed design stage. Enhancement of creativity is realized through the better understanding of the design problems gained from the conflict concept and in the improvement in engineering design practice via the systematic nature of the approach.

Simulation Supported Robot Programming using XML

The main objective of this master's thesis is to study robot programming using simulation software, and also how to embed the simulation software into company's own robot controlling software. The further goal is to study a new communication interface to the assembly line's components -more precisely how to connect the robot cell into this new communication system. Conveyor lines are already available where the conveyors use the new communication standard. The robot cell is not yet capable of communicating with to other devices using the new communication protocols. The main problem among robot manufacturers is that they all have their own communication systems and programming languages. There has not been any common programming language to program all the different robot manufacturers robots, until the RRS (Realistic Robot Simulation) standards were developed. The RRS - II makes it possible to create the robot programs in the simulation software and it gives a common user interface for different robot manufacturers robots. This thesis will present the RRS - II standard and the robot manufacturers situation for the RRS - II support. Thesis presents how the simulation software can be embedded into company's own robot controlling software and also how the robot cell can be connected to the CAMX (Computer Aided Manufacturing using XML) communication system.

Huoltoraportoinnin kehittämien sähköalan kunnossapitoyrityksessä

Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää ABB Service Oy:n tekemien huoltotöiden asiakkaille suunnattua raportointia tietojärjestelmän avulla hallittavaksi elektroniseksi kokonaisuudeksi. Työn perusteella havaittiin suurimmiksi kehityskohteiksi raporttien laadinnan nopeuttaminen ja niiden sisältämän informaation hyödyntäminen ennakoivan kunnossapidon tarpeisiin. Työtä varten tehtiin syksyllä 1998 haastattelututkimus ABB Service Oy:n asiakkaille ja muille ABB yhtiöille, jonka avulla selvitettiin eri osapuolten näkemät suurimmat ongelmat ja kehitystoiveet huoltoraportoinnissa. Työssä kartoitettiin ABB Service -yhtiöiden huoltotoiminnan laajuus ja raportoinnin tämänhetkinen toteutus sekä siinä ilmenneet kehitystarpeet. Työssä tutkitaan eri vaihtoehdot raportoinnin kokonaisuuden hallitsemiseksi tietokoneavusteisesti sekä tehdään ehdotus ja pilot-toteutus huoltoraportointitietojärjestelmästä. Raporttien hyötykäytön mahdollistamiseksi on ne tallennettava tietokantaan, johon myös ABB:n tuoteyhtöiden henkilöillä on pääsy. Asiakaspalvelun parantamiseksi on raportit toimitettava sähköisessä muodossa asiakkaalle mahdollisimman nopeasti huollon päätyttyä. Standardoimalla lisäksi raporttien ulkoasu, helpottuu raporttien käsittely niin asiakkaalla kuin ABB Service -yhtiöissäkin. Työn lopuksi tarkastellaan tietojärjestelmän jatkokehitysnäkymiä toteutustapaa ja -järjestystä silmällä pitäen.

KUMPPANUUKSIEN LAATUTEKIJÄT JA KUMPPANUUSKYVYKKYYS VERKOSTOSUHTEIDEN KRIITTISINÄ MENESTYSTEKIJÖINÄ

Pro gradu -tutkielman tavoitteena on selvittää, mitkä ovat kahden yrityksen läheisen verkostoyhteistyösuhteen menestystekijät ja kuinka yritys pystyy parantamaan onnistumistaan verkostosuhteissaan. Päämääränä on selvittää kirjallisuudesta löydettyjen menestystekijöiden avulla, mikä on case –yritysten yhteistyösuhteiden ja kumppanuuskyvykkyyden nykytila, pullonkaulatekijät ja kuinka niitä voidaan parantaa. Tutkielman tavoitteisiin on pyritty kvalitatiivisiin tutkimusmenetelmiin kuuluvalla case –tutkimuksella. Aineisto kerättiin teemahaastatteluin ja analysoitiin purkamalla ne sanallisiin, teema-alueiden mukaisiin kokonaisuuksiin. Analyysissä käytettiin osittain Atlas.Ti –ohjelmistoa. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että läheisen verkostoyhteistyösuhteen menestystekijät ovat luottamus, sitoutuminen ja kommunikaatio sekä verkostoidentiteetti. Näistä luottamuksen tila oli tutkituissa suhteissa hyvä ja sitoutumisenkin kohtuullinen. Sen sijaan verkostoidentiteetti oli jossain määrin epäselvä ja kommunikaatiossa oli puutteita kasvaen sitä mukaan, kun organisaatiohierarkiassa edetään korkeammalle. Nämä mahdollisesti heikentävät läheisestä suhteesta saatavia hyötyjä. Tulokset osoittavat myös sen, että nostaakseen onnistumisen tason kaikissa yhteistyösuhteissaan, niiden tulee pyrkiä järjestelmällisesti hyödyntämään aikaisempaa yhteistyökokemustaan ja näin rakentamaan kumppanuuskyvykkyyttään. Kohdeyrityksissä oli tehty vielä vähän konkreettisia toimenpiteitä yritystason kumppanuuskyvykkyyden kohentamiseksi.

Tietokantapohjaisen suunnittelujärjestelmän sähkösuunnitteluosuuden määrittely

Teollisuuden sähkösuunnitteluprojekti koostuu monista eri työvaiheista. Suunnitteluprojektin eri vaiheissa on omat tehtävänsä ja dokumentointitarpeensa. Tietokantojen avulla suunnitteluprojektiin liittyvää tietoa on helpompi hallita ja sama tieto on kaikkien suunnittelijoiden saatavilla. Tietokantoja käyttämällä voidaan nopeuttaa suunnittelutyötä ja vähentää suunnitteluvirheitä. Työssä kehitettiin tietokantapohjaisen suunnittelujärjestelmän sähkösuunnittelutyökalu, jonka pääasiallisena tarkoituksena on keskittää suunnittelun aikainen tieto yhteen paikkaan. Järjestelmä myös helpottaa toistuvien dokumenttien tuottamista varsinkin suurissa projekteissa. Työssä on keskitytty teollisuuden prosessisähköistykseen.

Avaliação do volume da placenta no primeiro trimestre de gestação por meio da ultrassonografia tridimensional utilizando o método XI VOCAL

OBJETIVO: Determinar valores de referência para o volume da placenta entre 7 e 10 semanas e 6 dias de gestação por meio da ultrassonografia tridimensional utilizando o método XI VOCAL (eXtended Imaging Virtual Organ Computer-aided Analysis). MATERIAIS E MÉTODOS: Realizou-se estudo de corte transversal com 70 gestantes normais entre 7 e 10 semanas e 6 dias. Para o cálculo de volume, utilizou-se o método XI VOCAL com delimitação de dez planos adjacentes. Foram determinadas médias, medianas, desvios-padrão, valores máximo e mínimo para o volume da placenta. Para avaliar a correlação do volume da placenta com a idade gestacional, foi criado gráfico de dispersão, sendo o ajuste realizado pelo coeficiente de determinação (R²). RESULTADOS: A média do volume da placenta variou de 4,6 cm³ (2,6-8,6 cm³) a 28,9 cm³ (11,4-66,9 cm³). O volume da placenta (VP) se mostrou altamente correlacionado com a idade gestacional (IG), sendo o melhor ajuste com a regressão exponencial [VP = exp(0,582 × IG + 0,063); R² = 0,82]. CONCLUSÃO: Valores de referência para o volume da placenta no primeiro trimestre de gestação utilizando o método XI VOCAL foram determinados.

Reprodutibilidade interobservador dos índices vasculares do Doppler de amplitude tridimensional do embrião entre 7 e 10 semanas e 6 dias de gestação

OBJETIVO: Avaliar a reprodutibilidade interobservador dos índices de vascularização do Doppler de amplitude tridimensional (Doppler de amplitude 3D) no primeiro trimestre de gestação. MATERIAIS E MÉTODOS: Realizou-se estudo de reprodutibilidade com 32 gestantes normais entre 7 e 10 semanas e 6 dias. Para o cálculo do volume tridimensional dos embriões utilizou-se o método VOCAL (Virtual Organ Computer-aided AnaLysis) com ângulo de rotação de 12°. Em seguida obtiveram-se, automaticamente, os três índices vasculares do Doppler de amplitude 3D: índice de vascularização (VI), índice de fluxo (FI) e índice de vascularização e fluxo (VFI). Para o cálculo da variabilidade interobservador, um examinador realizou uma segunda medida dos 32 embriões e um segundo examinador realizou uma terceira medida dos mesmos volumes, ambos desconhecendo os resultados do outro. Utilizaram-se, para análise estatística, o coeficiente de correlação intraclasse (CCI) e gráficos de Bland-Altman. RESULTADOS: Observou-se boa reprodutibilidade interobservador dos três índices vasculares. O VI apresentou CCI = 0,9 e média da diferença = -1,1; o FI apresentou CCI = 0,9 e média da diferença = -0,5; e o VFI apresentou CCI = 0,9 e média da diferença = -1,1. CONCLUSÃO: Os índices vasculares do Doppler de amplitude 3D do embrião no primeiro trimestre de gestação foram altamente reprodutíveis, em especial o FI.

Reprodutibilidade do volume de membros fetais pela ultrassonografia tridimensional utilizando o método XI VOCAL

OBJETIVO: Avaliar a reprodutibilidade do volume do braço e coxa fetais aferido pela ultrassonografia tridimensional utilizando o método eXtended Imaging Virtual Organ Computer-aided AnaLysis (XI VOCAL). MATERIAIS E MÉTODOS: Realizou-se estudo de reprodutibilidade com 43 fetos normais entre 20 e 37 semanas. Para o cálculo do volume do braço e coxa fetais utilizou-se o método XI VOCAL com delimitação de 10 planos consecutivos. Para o cálculo da variabilidade interobservador, um examinador realizou uma medida do volume do braço e coxa dos 43 fetos, enquanto um segundo examinador, sem o conhecimento prévio dos resultados do primeiro examinador, realizou uma segunda medida dos mesmos volumes. Utilizaram-se, para os cálculos estatísticos, o coeficiente de correlação intraclasse (ricc), gráficos de Bland-Altman e teste t-Student pareado (p). RESULTADOS: Observou-se alta reprodutibilidade interobservador. Para o volume do braço, obtiveram-se ricc = 0,996 (intervalo de confiança [IC] 95%: 0,992; 0,998) e média das diferenças = 0,13 ± 1,29% (95% limites de concordância: -2,54; +2,54%). Para o volume da coxa, obtiveram-se ricc = 0,997 (IC 95%: 0,995; 0,999) e média das diferenças = 0,24 ± 7,60% (95% limites de concordância: -7,6; +7,6%). CONCLUSÃO: O volume do braço e coxa fetais aferido pela ultrassonografia tridimensional utilizando o método XI VOCAL apresentou elevada reprodutibilidade interobservador.

Análise da reprodutibilidade do Doppler de amplitude tridimensional na avaliação da circulação do cérebro fetal

OBJETIVO: Avaliar a reprodutibilidade intra e interobservador do Doppler de amplitude tridimensional (3D power Doppler) na avaliação do fluxo sanguíneo cerebral do território da artéria cerebral média. MATERIAIS E MÉTODOS: Foi realizado estudo transversal com 20 gestantes normais entre 26 e 34 semanas. O território da artéria cerebral média mais próximo ao transdutor foi selecionado e o volume foi calculado utilizando-se o método Virtual Organ Computer-aided AnaLysis. Posteriormente, obtiveram-se os índices do 3D power Doppler: índice de vascularização (VI), índice de fluxo (FI) e índice de vascularização-fluxo (VFI). Utilizaram-se, para os cálculos, o coeficiente de correlação intraclasse (CCI) e gráficos de Bland-Altman. RESULTADOS: Foi observada boa concordância intra e interobservador, com CCI > 0,90 para todos os índices do 3D power Doppler: VI [CCI = 0,992 (IC 95%: 0,981-0,997)], FI [CCI = 0,999 (IC 95%: 0,998-0,999)], VFI [CCI = 0,995 (IC 95%: 0,987-0,998)]. Reprodutibilidade interobservador: VI [CCI = 0,988 (IC 95%: 0,970-0,995)], FI [CCI = 0,999 (IC 95%: 0,997-1,000)], VFI [CCI = 0,994 (IC 95%: 0,994-0,998)]. CONCLUSÃO: O 3D power Doppler mostrou-se um método prático, fácil e com boa reprodutibilidade intra e interobservador, com o IF evidenciando a melhor concordância intra e interobservador