MR spectroscopy in human prostate: in vitro and in vivo measurements to optimize new quantification algorithms

Il cancro della prostata (PCa) è il tumore maligno non-cutaneo più diffuso tra gli uomini ed è il secondo tumore che miete più vittime nei paesi occidentali. La necessità di nuove tecniche non invasive per la diagnosi precoce del PCa è aumentata negli anni. 1H-MRS (proton magnetic resonance spectroscopy) e 1H-MRSI (proton magnetic resonance spectroscopy imaging) sono tecniche avanzate di spettroscopia in risonanza magnetica che permettono di individuare presenza di metaboliti come citrato, colina, creatina e in alcuni casi poliammine in uno o più voxel nel tessuto prostatico. L’abbondanza o l’assenza di uno di questi metaboliti rende possibile discriminare un tessuto sano da uno patologico. Le tecniche di spettroscopia RM sono correntemente utilizzate nella pratica clinica per cervello e fegato, con l’utilizzo di software dedicati per l’analisi degli spettri. La quantificazione di metaboliti nella prostata invece può risultare difficile a causa del basso rapporto segnale/rumore (SNR) degli spettri e del forte accoppiamento-j del citrato. Lo scopo principale di questo lavoro è di proporre un software prototipo per la quantificazione automatica di citrato, colina e creatina nella prostata. Lo sviluppo del programma e dei suoi algoritmi è stato portato avanti all’interno dell’IRST (Istituto Romagnolo per lo Studio e la cura dei Tumori) con l’aiuto dell’unità di fisica sanitaria. Il cuore del programma è un algoritmo iterativo per il fit degli spettri che fa uso di simulazioni MRS sviluppate con il pacchetto di librerie GAMMA in C++. L’accuratezza delle quantificazioni è stata testata con dei fantocci realizzati all’interno dei laboratori dell’istituto. Tutte le misure spettroscopiche sono state eseguite con il nuovo scanner Philips Ingenia 3T, una delle machine di risonanza magnetica più avanzate per applicazioni cliniche. Infine, dopo aver eseguito i test in vitro sui fantocci, sono stati acquisiti gli spettri delle prostate di alcuni volontari sani, per testare se il programma fosse in grado di lavorare in condizioni di basso SNR.

Polar Codes for error correction: Analysis and Decoding Algorithms

I Polar Codes sono la prima classe di codici a correzione d’errore di cui è stato dimostrato il raggiungimento della capacità per ogni canale simmetrico, discreto e senza memoria, grazie ad un nuovo metodo introdotto recentemente, chiamato ”Channel Polarization”. In questa tesi verranno descritti in dettaglio i principali algoritmi di codifica e decodifica. In particolare verranno confrontate le prestazioni dei simulatori sviluppati per il ”Successive Cancellation Decoder” e per il ”Successive Cancellation List Decoder” rispetto ai risultati riportati in letteratura. Al fine di migliorare la distanza minima e di conseguenza le prestazioni, utilizzeremo uno schema concatenato con il polar code come codice interno ed un CRC come codice esterno. Proporremo inoltre una nuova tecnica per analizzare la channel polarization nel caso di trasmissione su canale AWGN che risulta il modello statistico più appropriato per le comunicazioni satellitari e nelle applicazioni deep space. In aggiunta, investigheremo l’importanza di una accurata approssimazione delle funzioni di polarizzazione.

UWB radar sensor networks: Detection algorithms design and experimental analysis

In the last years radar sensor networks for localization and tracking in indoor environment have generated more and more interest, especially for anti-intrusion security systems. These networks often use Ultra Wide Band (UWB) technology, which consists in sending very short (few nanoseconds) impulse signals. This approach guarantees high resolution and accuracy and also other advantages such as low price, low power consumption and narrow-band interference (jamming) robustness. In this thesis the overall data processing (done in MATLAB environment) is discussed, starting from experimental measures from sensor devices, ending with the 2D visualization of targets movements over time and focusing mainly on detection and localization algorithms. Moreover, two different scenarios and both single and multiple target tracking are analyzed.

Evaluation of new HTTP Adaptive Streaming algorithms: the clients’ and network’s perspectives

Lo streaming è una tecnica per trasferire contenuti multimediali sulla rete globale, utilizzato per esempio da servizi come YouTube e Netflix; dopo una breve attesa, durante la quale un buffer di sicurezza viene riempito, l'utente può usufruire del contenuto richiesto. Cisco e Sandvine, che con cadenza regolare pubblicano bollettini sullo stato di Internet, affermano che lo streaming video ha, e avrà sempre di più, un grande impatto sulla rete globale. Il buon design delle applicazioni di streaming riveste quindi un ruolo importante, sia per la soddisfazione degli utenti che per la stabilità dell'infrastruttura. HTTP Adaptive Streaming indica una famiglia di implementazioni volta a offrire la migliore qualità video possibile (in termini di bit rate) in funzione della bontà della connessione Internet dell'utente finale: il riproduttore multimediale può cambiare in ogni momento il bit rate, scegliendolo in un insieme predefinito, adattandosi alle condizioni della rete. Per ricavare informazioni sullo stato della connettività, due famiglie di metodi sono possibili: misurare la velocità di scaricamento dei precedenti trasferimenti (approccio rate-based), oppure, come recentemente proposto da Netflix, utilizzare l'occupazione del buffer come dato principale (buffer-based). In questo lavoro analizziamo algoritmi di adattamento delle due famiglie, con l'obiettivo di confrontarli su metriche riguardanti la soddisfazione degli utenti, l'utilizzo della rete e la competizione su un collo di bottiglia. I risultati dei nostri test non definiscono un chiaro vincitore, riconoscendo comunque la bontà della nuova proposta, ma evidenziando al contrario che gli algoritmi buffer-based non sempre riescono ad allocare in modo imparziale le risorse di rete.

Iterative Reconstruction Algorithm for Abdominal Multidetector CT at Different Tube Voltages: Assessment of Diagnostic Accuracy, Image Quality, and Radiation Dose in a Phantom Study

To assess the diagnostic accuracy, image quality, and radiation dose of an iterative reconstruction algorithm compared with a filtered back projection (FBP) algorithm for abdominal computed tomography (CT) at different tube voltages.

Low-tube-voltage, high-tube-current multidetector abdominal CT: improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm--initial clinical experience

To investigate whether an adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) algorithm improves the image quality at low-tube-voltage (80-kVp), high-tube-current (675-mA) multidetector abdominal computed tomography (CT) during the late hepatic arterial phase.

ECM versus ICP for point registration

Iterative Closest Point (ICP) is a widely exploited method for point registration that is based on binary point-to-point assignments, whereas the Expectation Conditional Maximization (ECM) algorithm tries to solve the problem of point registration within the framework of maximum likelihood with point-to-cluster matching. In this paper, by fulfilling the implementation of both algorithms as well as conducting experiments in a scenario where dozens of model points must be registered with thousands of observation points on a pelvis model, we investigated and compared the performance (e.g. accuracy and robustness) of both ICP and ECM for point registration in cases without noise and with Gaussian white noise. The experiment results reveal that the ECM method is much less sensitive to initialization and is able to achieve more consistent estimations of the transformation parameters than the ICP algorithm, since the latter easily sinks into local minima and leads to quite different registration results with respect to different initializations. Both algorithms can reach the high registration accuracy at the same level, however, the ICP method usually requires an appropriate initialization to converge globally. In the presence of Gaussian white noise, it is observed in experiments that ECM is less efficient but more robust than ICP.

Parallel recusive algorithms for inverse discrete Legendre transform and inverse discrete Laguerre transform

This paper presents parallel recursive algorithms for the computation of the inverse discrete Legendre transform (DPT) and the inverse discrete Laguerre transform (IDLT). These recursive algorithms are derived using Clenshaw's recurrence formula, and they are implemented with a set of parallel digital filters with time-varying coefficients.

High specificity of line-immunoassay based algorithms for recent HIV-1 infection independent of viral subtype and stage of disease

Background Serologic testing algorithms for recent HIV seroconversion (STARHS) provide important information for HIV surveillance. We have shown that a patient's antibody reaction in a confirmatory line immunoassay (INNO-LIATM HIV I/II Score, Innogenetics) provides information on the duration of infection. Here, we sought to further investigate the diagnostic specificity of various Inno-Lia algorithms and to identify factors affecting it. Methods Plasma samples of 714 selected patients of the Swiss HIV Cohort Study infected for longer than 12 months and representing all viral clades and stages of chronic HIV-1 infection were tested blindly by Inno-Lia and classified as either incident (up to 12 m) or older infection by 24 different algorithms. Of the total, 524 patients received HAART, 308 had HIV-1 RNA below 50 copies/mL, and 620 were infected by a HIV-1 non-B clade. Using logistic regression analysis we evaluated factors that might affect the specificity of these algorithms. Results HIV-1 RNA <50 copies/mL was associated with significantly lower reactivity to all five HIV-1 antigens of the Inno-Lia and impaired specificity of most algorithms. Among 412 patients either untreated or with HIV-1 RNA ≥50 copies/mL despite HAART, the median specificity of the algorithms was 96.5% (range 92.0-100%). The only factor that significantly promoted false-incident results in this group was age, with false-incident results increasing by a few percent per additional year. HIV-1 clade, HIV-1 RNA, CD4 percentage, sex, disease stage, and testing modalities exhibited no significance. Results were similar among 190 untreated patients. Conclusions The specificity of most Inno-Lia algorithms was high and not affected by HIV-1 variability, advanced disease and other factors promoting false-recent results in other STARHS. Specificity should be good in any group of untreated HIV-1 patients.