Comparaison objective de systèmes d'imagerie conventionnelle et numérique en mammographie

L'objectif de ce travail est le développement d'une méthode de caractérisation objective de la qualité d'image s'appliquant à des systèmes de mammographie analogique, utilisant un couple écran-film comme détecteur, et numérique, basé sur une technologie semi-conductrice, ceci en vue de la comparaison de leurs performances. La méthode développée tient compte de la gamme dynamique du détecteur, de la détectabilité de structures de haut contraste, simulant des microcalcifications, et de structures de bas contraste, simulant des opacités (nodules tumoraux). La méthode prend également en considération le processus de visualisation de l'image, ainsi que la réponse de l'observateur. Pour réaliser ceci, un objet-test ayant des propriétés proches de celles d'un sein comprimé, composé de différents matériaux équivalents aux tissus, allant du glandulaire à l'adipeux, et comprenant des zones permettant la simulation de structures de haut et bas contraste, ainsi que la mesure de la résolution et celle du bruit, a été développé et testé. L'intégration du processus de visualisation a été réalisée en utilisant une caméra CCD mesurant directement les paramètres de qualité d'image, à partir de l'image de l'objet-test, dans une grandeur physique commune au système numérique et analogique, à savoir la luminance arrivant sur l'oeil de l'observateur. L'utilisation d'une grandeur synthétique intégrant dans un même temps, le contraste, le bruit et la résolution rend possible une comparaison objective entre les deux systèmes de mammographie. Un modèle mathématique, simulant la réponse d'un observateur et intégrant les paramètres de base de qualité d'image, a été utilisé pour calculer la détectabilité de structures de haut et bas contraste en fonction du type de tissu sur lequel celles-ci se trouvent. Les résultats obtenus montrent qu'à dose égale la détectabilité des structures est significativement plus élevée avec le système de mammographie numérique qu'avec le système analogique. Ceci est principalement lié au fait que le bruit du système numérique est plus faible que celui du système analogique. Les résultats montrent également que la méthodologie, visant à comparer des systèmes d'imagerie numérique et analogique en utilisant un objet-test à large gamme dynamique ainsi qu'une caméra, peut être appliquée à d'autres modalités radiologiques, ainsi qu'à une démarche d'optimisation des conditions de lecture des images.<br/><br/>The goal of this work was to develop a method to objectively compare the performance of a digital and a screen-film mammography system in terms of image quality and patient dose. We propose a method that takes into account the dynamic range of the image detector and the detection of high contrast (for microcalcifications) and low contrast (for masses or tumoral nodules) structures. The method also addresses the problems of image visualization and the observer response. A test object, designed to represent a compressed breast, was constructed from various tissue equivalent materials ranging from purely adipose to purely glandular composition. Different areas within the test object permitted the evaluation of low and high contrast detection, spatial resolution, and image noise. All the images (digital and conventional) were captured using a CCD camera to include the visualization process in the image quality assessment. In this way the luminance reaching the viewer?s eyes can be controlled for both kinds of images. A global quantity describing image contrast, spatial resolution and noise, and expressed in terms of luminance at the camera, can then be used to compare the two technologies objectively. The quantity used was a mathematical model observer that calculates the detectability of high and low contrast structures as a function of the background tissue. Our results show that for a given patient dose, the detection of high and low contrast structures is significantly better for the digital system than for the conventional screen-film system studied. This is mainly because the image noise is lower for the digital system than for the screen-film detector. The method of using a test object with a large dynamic range combined with a camera to compare conventional and digital imaging modalities can be applied to other radiological imaging techniques. In particular it could be used to optimize the process of radiographic film reading.

Modeling dynamic behavior in tilting pad gas journal bearings

Thisresearch deals with the dynamic modeling of gas lubricated tilting pad journal bearings provided with spring supported pads, including experimental verification of the computation. On the basis of a mathematical model of a film bearing, a computer program has been developed, which can be used for the simulation of a special type of tilting pad gas journal bearing supported by a rotary spring under different loading conditions time dependently (transient running conditions due to geometry variations in time externally imposed). On the basis of literature, different transformations have been used in the model to achieve simpler calculation. The numerical simulation is used to solve a non-stationary case of a gasfilm. The simulation results were compared with literature results in a stationary case (steady running conditions) and they were found to be equal. In addition to this, comparisons were made with a number of stationary and non-stationary bearing tests, which were performed at Lappeenranta University of Technology using bearings designed with the simulation program. A study was also made using numerical simulation and literature to establish the influence of the different bearing parameters on the stability of the bearing. Comparison work was done with literature on tilting pad gas bearings. This bearing type is rarely used. One literature reference has studied the same bearing type as that used in LUT. A new design of tilting pad gas bearing is introduced. It is based on a stainless steel body and electron beam welding of the bearing parts. It has good operation characteristics and is easier to tune and faster to manufacture than traditional constructions. It is also suitable for large serial production.

Design and optimization of selfnanoemulsifying drug delivery systems for enhanced dissolution of gemfibrozil

Self-nanoemulsifying drug delivery systems of gemfibrozil were developed under Quality by Design approach for improvement of dissolution and oral absorption. Preliminary screening was performed to select proper components combination. BoxBehnken experimental design was employed as statistical tool to optimize the formulation variables, X1 (Cremophor® EL), X2 (Capmul® MCM-C8), and X3 (lemon essential oil). Systems were assessed for visual characteristics (emulsification efficacy), turbidity, droplet size, polydispersity index and drug release. Different pH media were also assayed for optimization. Following optimization, the values of formulation components (X1, X2, and X3) were 32.43%, 29.73% and 21.62%, respectively (16.22% of gemfibrozil). Transmission electron microscopy demonstrated spherical droplet morphology. SNEEDS release study was compared to commercial tablets. Optimized SNEDDS formulation of gemfibrozil showed a significant increase in dissolution rate compared to conventional tablets. Both formulations followed Weibull mathematical model release with a significant difference in td parameter in favor of the SNEDDS. Equally amodelistic parameters were calculated being the dissolution efficiency significantly higher for SNEDDS, confirming that the developed SNEDDS formulation was superior to commercial formulation with respect to in vitro dissolution profile. This paper provides an overview of the SNEDDS of the gemfibrozil as a promising alternative to improve oral absorption.

Mittausjärjestelmä IGBT:n lämpötilan määrittämiseen

Tässä diplomityössä tutustutaan IGBT:n ja tehodiodin rakenteisiin, lämmön muodostumiseen kyseisissä komponenteissa sekä menetelmiin, joilla komponenttien lämpötilat voidaan määrittää. Työssä suunnitellaan ja rakennetaan mittausjärjestelmä, jolla IGBT:n ja tehodiodin lämpötilat voidaan määrittää suoraan mittaamalla sekä matemaattisten mallien avulla. Mittausjärjestelmä koostuu DC-chopper -kytkennästä, kuormavirran, välipiirin jännitteen sekä lämpötilan mittauksista. Lämpötilan mittauksissa käytettiin komponenttien pintoihin liitettyjä termopareja. Matemaattisia malleja varten mittausjärjestelmään lisättiin välipiirin jännitteen sekä kuormavirran mittaus. Laitteiston ohjaus sekä mittaustulosten tallentaminen toteutettiin dSPACE -laitteistolla. Mittausjärjestelmän toimivuus testattiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston Säätötekniikan laboratoriossa tehdyillä mittauksilla.

Sähköisen lineaariservomoottorijärjestelmän dynamiikan simulointi

Työssä johdettiin sähköisen lineaariservomoottorijärjestelmän dynaaminen malli. Lineaarimoottori on keksintönä vanha, mutta vasta viimeaikoina kestomagneettimateriaalien kehittyessä ja halvetessa lineaarimoottorista on tullut varteenotettava vaihtoehto pyörivän moottorin ja lineaarisen liikkeen toteuttavan mekanismin yhdistelmälle. Kestomagnetoituja lineaarimoottoreita käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan tarkkaa paikoitusta ja nopeudella ja kiihtyvyydellä on suuret vaatimukset. Moottorimalli toteutettiin vuorovaikutteisena simulointimallina. Moottorimalli, josta saatiin moottorin voima, rakennettiin MatLabâ 6.0/Simulinkâ –ohjelmalle ja moottoriin kiinnitetyn mekaniikan malli ADAMS 10.0 –ohjelmalle. Mallit on liitetty tämän jälkeen vuorovaikutteiseksi simulointimalliksi. Simuloinnista saatuja tuloksia on verrattu koneautomaation laboratorioon hankitun lineaarimoottorijärjestelmän mitattuihin vasteisiin.

Sähkökäyttöjen kaapelivärähtelyt

Taajuudenmuuttajan kytkennän synnyttämä nopea jännitemuutos aiheuttaa pitkään moottorikaapeliin sähköisen värähtelyilmiön. Ilmiö on tullut erityisesti esille uusien nopeasti kytkevien puolijohdetehokytkimien ilmestyttyä markkinoille. Taajuudenmuuttajan lähtöön asennettu jännitteen nousunopeutta rajoittava suodin vähentää kaapelivärähtelyä, mutta riittävän pitkässä kaapelissa värähtely on voimakasta lähtösuotimesta huolimatta. Kaapelivärähtelyilmiön seurauksena moottorikaapelin taajuudenmuuttajan puoleiseen päähän syntyy voimakas virtavärähtely ja moottorin puoleiseen päähän voimakas jännitevärähtely. Sähkökäyttöjen vektorisäätöalgoritmit tekevät ohjauspäätöksiä moottorikaapelin taajuudenmuuttajan päästä tehtyjen virtamittausten perusteella. Säädön päätösväli on niin lyhyt, että kaapelin virtavärähtely ehtii häiritä säädön toimintaa. Tässä työssä on esitetty kaapelivärähtelyä kuvaava taajuudenmuuttajan lähtösuotimen huomioon ottava siirtofunktioperustainen matemaattinen malli. Mallin avulla kaapelivärähtelyilmiötä voi analysoida lineaarisen säätöteorian menetelmillä. Virtavärähtelyn moottorisäätöön tuomiin ongelmiin ratkaisuksi on esitetty virran mittasignaalin käsittelemistä analogisella ja digitaalisella suotimella. Simulointitulosten perusteella ratkaisua voidaan pitää toimivana. Lopuksi esitetään, kuinka avaruusvektoriteorian mukaista induktiomoottorimallia ja kaapelivärähtelymallia voidaan simuloida yhdessä.

Meesauunin polttovyöhykkeen lämmönsiirron ja palamisen mallinnus

Tälle diplomityölle on antanut alkusysäyksen tarve kehittää käytössä olevaa meesauunin simulointiohjelmaa. Simulointiohjelma mallintaa meesauunin stationaaritilan toimintaa. Sillä voidaan tutkia uunin konstruktion muutosten vaikutuksia uunin toimintaan. Ohjelma on tehty 1980-luvun alkupuolella. Sen aikaisten tietokoneiden laskentatehojen vuoksi ohjelman käyttämään laskentamalliin on jouduttu tekemään joukko erilaisia yksinkertaistuksia laskenta-ajan lyhentämiseksi. Tässä diplomityössä keskityttiin tutkimaan meesauunin polttovyöhykkeen lämmönsiirron ja palamisen mallinnusta. Työssä luotiin aluksi tarvittavat massa- ja energiataseet sekä esitettiin tarvittavat lämmönsiirtoyhtälöt. Sen jälkeen kehitettiin uusi polttoaineen 1D-palamismalli. Palamismalli tehtiin VTT:n tekemien 3D-mallinnusten perusteella. Polttoaineina käytettiin maakaasua ja polttoöljyä. Uusi palamismalli lisättiin simulointiohjelmaan. Lisäksi simulointiohjelmasta muutettiin savukaasun emissiviteetin laskenta ja lämmönsiirto uunin ulkopinnasta ympäristöön. Tuloksena saatiin aikaan uusi tarkempi kuvaus lämmönsiirrosta ja palamisesta meesauunissa.

Modelling the Evolution and Spread of HIV Immune Escape Mutants.

During infection with human immunodeficiency virus (HIV), immune pressure from cytotoxic T-lymphocytes (CTLs) selects for viral mutants that confer escape from CTL recognition. These escape variants can be transmitted between individuals where, depending upon their cost to viral fitness and the CTL responses made by the recipient, they may revert. The rates of within-host evolution and their concordant impact upon the rate of spread of escape mutants at the population level are uncertain. Here we present a mathematical model of within-host evolution of escape mutants, transmission of these variants between hosts and subsequent reversion in new hosts. The model is an extension of the well-known SI model of disease transmission and includes three further parameters that describe host immunogenetic heterogeneity and rates of within host viral evolution. We use the model to explain why some escape mutants appear to have stable prevalence whilst others are spreading through the population. Further, we use it to compare diverse datasets on CTL escape, highlighting where different sources agree or disagree on within-host evolutionary rates. The several dozen CTL epitopes we survey from HIV-1 gag, RT and nef reveal a relatively sedate rate of evolution with average rates of escape measured in years and reversion in decades. For many epitopes in HIV, occasional rapid within-host evolution is not reflected in fast evolution at the population level.

On the Analysis and Control of a Linear Synchronous Servomotor with a Flexible Load

Industry's growing need for higher productivity is placing new demands on mechanisms connected with electrical motors, because these can easily lead to vibration problems due to fast dynamics. Furthermore, the nonlinear effects caused by a motor frequently reduce servo stability, which diminishes the controller's ability to predict and maintain speed. Hence, the flexibility of a mechanism and its control has become an important area of research. The basic approach in control system engineering is to assume that the mechanism connected to a motor is rigid, so that vibrations in the tool mechanism, reel, gripper or any apparatus connected to the motor are not taken into account. This might reduce the ability of the machine system to carry out its assignment and shorten the lifetime of the equipment. Nonetheless, it is usually more important to know how the mechanism, or in other words the load on the motor, behaves. A nonlinear load control method for a permanent magnet linear synchronous motor is developed and implemented in the thesis. The purpose of the controller is to track a flexible load to the desired velocity reference as fast as possible and without awkward oscillations. The control method is based on an adaptive backstepping algorithm with its stability ensured by the Lyapunov stability theorem. As a reference controller for the backstepping method, a hybrid neural controller is introduced in which the linear motor itself is controlled by a conventional PI velocity controller and the vibration of the associated flexible mechanism is suppressed from an outer control loop using a compensation signal from a multilayer perceptron network. To avoid the local minimum problem entailed in neural networks, the initial weights are searched for offline by means of a differential evolution algorithm. The states of a mechanical system for controllers are estimated using the Kalman filter. The theoretical results obtained from the control design are validated with the lumped mass model for a mechanism. Generalization of the mechanism allows the methods derived here to be widely implemented in machine automation. The control algorithms are first designed in a specially introduced nonlinear simulation model and then implemented in the physical linear motor using a DSP (Digital Signal Processor) application. The measurements prove that both controllers are capable of suppressing vibration, but that the backstepping method is superior to others due to its accuracy of response and stability properties.

Simultaneous determination of gross alpha, gross beta and Ra-226 in natural water by liquid scintillation counting.

The determination of gross alpha, gross beta and 226Ra activity in natural waters is useful in a wide range of environmental studies. Furthermore, gross alpha and gross beta parameters are included in international legislation on the quality of drinking water [Council Directive 98/83/EC].1 In this work, a low-background liquid scintillation counter (Wallac, Quantulus 1220) was used to simultaneously determine gross alpha, gross beta and 226Ra activity in natural water samples. Sample preparation involved evaporation to remove 222Rn and its short-lived decay daughters. The evaporation process concentrated the sample ten-fold. Afterwards, a sample aliquot of 8 mL was mixed with 12 mL of Ultima Gold AB scintillation cocktail in low-diffusion vials. In this study, a theoretical mathematical model based on secular equilibrium conditions between 226Ra and its short-lived decay daughters is presented. The proposed model makes it possible to determine 226Ra activity from two measurements. These measurements also allow determining gross alpha and gross beta simultaneously. To validate the proposed model, spiked samples with different activity levels for each parameter were analysed. Additionally, to evaluate the model's applicability in natural water, eight natural water samples from different parts of Spain were analysed. The eight natural water samples were also characterised by alpha spectrometry for the naturally occurring isotopes of uranium (234U, 235U and 238U), radium (224Ra and 226Ra), 210Po and 232Th. The results for gross alpha and 226Ra activity were compared with alpha spectrometry characterization, and an acceptable concordance was obtained.

Kansainvälisten tilinpäätösstandardien mukainen osatuloutus rakennusliiketoiminnassa Venäjällä

Työn tavoitteena on selvittää, miten perustajaurakoitsijan raportointikauden tulos muodostuu yksittäisen rakennusprojektin tasolla ja miten eri tekijät vaikuttavat raportoitavaan tulokseen. Julkisesti noteeratun yhtiön on noudatettava kansainvälisiä tilinpäätösstandardeja. Tällöin perustajaurakointia harjoittavan yrityksen raportointikauden tulokseksi muodostuu tuloutettavan valmistusasteen mukainen osa projektin erilliskatteesta. Tällainen tuloutusmenetelmä perustuu projektin lopputulosennusteisiin kokonaistuotoista ja -kustannuksista. Tutkimuksessa arvioidaan kustannus- ja tuottoennusteiden arviointiepätarkkuuksien vaikutusta raportointikausien tuloksiin rakennusprojektin eri vaiheissa. Analyysityökaluksi kehitetään matemaattinen malli, jolla voidaan erottaa arviointiepätarkkuuksien vaikutus raportointikauden tuloksesta. Mallin avulla epätarkkuuksia arvioidaan herkkyysanalyysillä sekä esimerkeillä. Tutkimus osoittaa tuloutettavan valmistusasteen (IAS%) olevan keskeinen vaikuttaja tuloksen vaihtelulle, kun ennusteita tarkennetaan projektin edetessä. Kustannusennusteen nähdään olevan tuloksen kannalta kriittisempi ennuste, mikä korostaa projektiseurannan merkitystä. Lisäksi tutkimus osoittaa riskivarauksen erinomaisuuden raportointiteknisenä keinona vähentää tuloksen vaihtelua.

Lineaarisen hammashihnaservokäytön tilasäätö

Tuotantotehokkuus näyttelee yhä suurempaa roolia teollisuudessa, minkä vuoksi myös pakkauslinjas­toille joudutaan asettamaan suuria vaatimuksia. Usein leik­kaus- ja kappaleensiirtosovelluksissa käyte­tään lineaarisia ruuvikäyttöjä, jotka voitaisiin tietyin edellytyksin korvata halvemmilla ja osittain suori­tuskykyisimmillä hammashihnavetoisilla johteilla. Yleensä paikkasäädetty työsolu muodostuu kahden tai kolmen eri koordinaatisto­akselin suuntaan asen­netuista johteista. Tällaisen työsolun paikoitustarkkuuteen vaikuttavat muun muassa käytetty säätöra­kenne, moottorisäätöketjun viiveet, sekä laitteiston eri epälineaarisuudet, kuten kitka. Tässä työssä esitetään lineaarisen hammashihnaservokäytön dynaamista käytöstä kuvaava matemaatti­nen malli ja laaditaan mallin pohjalta laitteen simulointimalli. Mallin toimivuus varmistetaan käytän­nön identifiointitesteillä. Lisäksi työssä tut­kitaan, kuinka hyvään suorituskykyyn lineaarinen hammas­hihnaservokäyttö kyke­nee, jos teollisuudessa paikoitussäätörakenteena tyypillisesti käytetty kaskadira­kenne tai PID-rakenne korvataan kehittyneemmällä mallipohjaisella tilasäädinra­kenteella. Säädön toi­mintaa arvioidaan simulointien ja koelaitteistolla suoritetta­vien mittaus­ten perusteella.

Stable eusociality via maternal manipulation when resistance is costless.

In many eusocial species, queens use pheromones to influence offspring to express worker phenotypes. Although evidence suggests that queen pheromones are honest signals of the queen's reproductive health, here I show that queen's honest signalling can result from ancestral maternal manipulation. I develop a mathematical model to study the coevolution of maternal manipulation, offspring resistance to manipulation and maternal resource allocation. I assume that (i) maternal manipulation causes offspring to be workers against offspring's interests; (ii) offspring can resist at no direct cost, as is thought to be the case with pheromonal manipulation; and (iii) the mother chooses how much resource to allocate to fertility and maternal care. In the coevolution of these traits, I find that maternal care decreases, thereby increasing the benefit that offspring obtain from help, which in the long run eliminates selection for resistance. Consequently, ancestral maternal manipulation yields stable eusociality despite costless resistance. Additionally, ancestral manipulation in the long run becomes honest signalling that induces offspring to help. These results indicate that both eusociality and its commonly associated queen honest signalling can be likely to originate from ancestral manipulation.

Fat oxidation over a range of exercise intensities: fitness versus fatness.

Maximal fat oxidation (MFO), as well as the exercise intensity at which it occurs (Fatmax), have been reported as lower in sedentary overweight individuals but have not been studied in trained overweight individuals. The aim of this study was to compare Fatmax and MFO in lean and overweight recreationally trained males matched for cardiorespiratory fitness (CRF) and to study the relationships between these variables, anthropometric characteristics, and CRF. Twelve recreationally trained overweight (high fatness (HiFat) group, 30.0% ± 5.3% body fat) and 12 lean males (low fatness (LoFat), 17.2% ± 5.7% body fat) matched for CRF (maximal oxygen consumption (V̇O2max) 39.0 ± 5.5 vs. 41.4 ± 7.6 mL·kg(-1)·min(-1), p = 0.31) and age (p = 0.93) performed a graded exercise test on a cycle ergometer. V̇O2max and fat and carbohydrate oxidation rates were determined using indirect calorimetry; Fatmax and MFO were determined with a mathematical model (SIN); and % body fat was assessed by air displacement plethysmography. MFO (0.38 ± 0.19 vs. 0.42 ± 0.16 g·min(-1), p = 0.58), Fatmax (46.7% ± 8.6% vs. 45.4% ± 7.2% V̇O2max, p = 0.71), and fat oxidation rates over a wide range of exercise intensities were not significantly different (p > 0.05) between HiFat and LoFat groups. In the overall cohort (n = 24), MFO and Fatmax were correlated with V̇O2max (r = 0.46, p = 0.02; r = 0.61, p = 0.002) but not with % body fat or body mass index (p > 0.05). Fat oxidation during exercise was similar in recreationally trained overweight and lean males matched for CRF. Consistently, substrate oxidation rates during exercise were not related to adiposity (% body fat) but were related to CRF. The benefits of high CRF independent of body weight and % body fat should be further highlighted in the management of obesity.

Objective assessment of low contrast detectability in computed tomography with Channelized Hotelling Observer.

PURPOSE: Iterative algorithms introduce new challenges in the field of image quality assessment. The purpose of this study is to use a mathematical model to evaluate objectively the low contrast detectability in CT. MATERIALS AND METHODS: A QRM 401 phantom containing 5 and 8 mm diameter spheres with a contrast level of 10 and 20 HU was used. The images were acquired at 120 kV with CTDIvol equal to 5, 10, 15, 20 mGy and reconstructed using the filtered back-projection (FBP), adaptive statistical iterative reconstruction 50% (ASIR 50%) and model-based iterative reconstruction (MBIR) algorithms. The model observer used is the Channelized Hotelling Observer (CHO). The channels are dense difference of Gaussian channels (D-DOG). The CHO performances were compared to the outcomes of six human observers having performed four alternative forced choice (4-AFC) tests. RESULTS: For the same CTDIvol level and according to CHO model, the MBIR algorithm gives the higher detectability index. The outcomes of human observers and results of CHO are highly correlated whatever the dose levels, the signals considered and the algorithms used when some noise is added to the CHO model. The Pearson coefficient between the human observers and the CHO is 0.93 for FBP and 0.98 for MBIR. CONCLUSION: The human observers' performances can be predicted by the CHO model. This opens the way for proposing, in parallel to the standard dose report, the level of low contrast detectability expected. The introduction of iterative reconstruction requires such an approach to ensure that dose reduction does not impair diagnostics.