On the way to solve lighting problems in underwater imaging

A major obstacle to processing images of the ocean floor comes from the absorption and scattering effects of the light in the aquatic environment. Due to the absorption of the natural light, underwater vehicles often require artificial light sources attached to them to provide the adequate illumination. Unfortunately, these flashlights tend to illuminate the scene in a nonuniform fashion, and, as the vehicle moves, induce shadows in the scene. For this reason, the first step towards application of standard computer vision techniques to underwater imaging requires dealing first with these lighting problems. This paper analyses and compares existing methodologies to deal with low-contrast, nonuniform illumination in underwater image sequences. The reviewed techniques include: (i) study of the illumination-reflectance model, (ii) local histogram equalization, (iii) homomorphic filtering, and, (iv) subtraction of the illumination field. Several experiments on real data have been conducted to compare the different approaches

Dam wall detection and tracking using a Mechanically Scanned Imaging Sonar

In dam inspection tasks, an underwater robot has to grab images while surveying the wall meanwhile maintaining a certain distance and relative orientation. This paper proposes the use of an MSIS (mechanically scanned imaging sonar) for relative positioning of a robot with respect to the wall. An imaging sonar gathers polar image scans from which depth images (range & bearing) are generated. Depth scans are first processed to extract a line corresponding to the wall (with the Hough transform), which is then tracked by means of an EKF (Extended Kalman Filter) using a static motion model and an implicit measurement equation associating the sensed points to the candidate line. The line estimate is referenced to the robot fixed frame and represented in polar coordinates (rho&thetas) which directly corresponds to the actual distance and relative orientation of the robot with respect to the wall. The proposed system has been tested in simulation as well as in water tank conditions

Pose-based SLAM with probabilistic scan matching algorithm using a mechanical scanned imaging sonar

This paper proposes a pose-based algorithm to solve the full SLAM problem for an autonomous underwater vehicle (AUV), navigating in an unknown and possibly unstructured environment. The technique incorporate probabilistic scan matching with range scans gathered from a mechanical scanning imaging sonar (MSIS) and the robot dead-reckoning displacements estimated from a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method utilizes two extended Kalman filters (EKF). The first, estimates the local path travelled by the robot while grabbing the scan as well as its uncertainty and provides position estimates for correcting the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. The second is an augment state EKF that estimates and keeps the registered scans poses. The raw data from the sensors are processed and fused in-line. No priory structural information or initial pose are considered. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within a marina environment, showing the viability of the proposed approach

SLAM using an Imaging Sonar for Partially Structured Underwater Environments

In this paper we describe a system for underwater navigation with AUVs in partially structured environments, such as dams, ports or marine platforms. An imaging sonar is used to obtain information about the location of planar structures present in such environments. This information is incorporated into a feature-based SLAM algorithm in a two step process: (I) the full 360deg sonar scan is undistorted (to compensate for vehicle motion), thresholded and segmented to determine which measurements correspond to planar environment features and which should be ignored; and (2) SLAM proceeds once the data association is obtained: both the vehicle motion and the measurements whose correct association has been previously determined are incorporated in the SLAM algorithm. This two step delayed SLAM process allows to robustly determine the feature and vehicle locations in the presence of large amounts of spurious or unrelated measurements that might correspond to boats, rocks, etc. Preliminary experiments show the viability of the proposed approach

Factores implicados en la decisión para cateterismo cardiaco en pacientes octogenarios con Síndrome Coronario Agudo

Introducción: la escasa representatividad de personas ancianas en los estudios clínicos de diversas patologías, entre ellas el síndrome coronario agudo (SCA), enfrenta a los médicos a decisiones terapéuticas basadas en recomendaciones para otros grupos etáreos. En ancianos a pesar de cumplir criterios de elegibilidad, la estrategia invasiva no es escogida en muchas ocasiones, decisión que los margina de sus beneficios y los somete a peores desenlaces. Métodos: el objetivo fue identificar los factores implicados en la realización o no del cateterismo cardíaco en octogenarios con SCA en una unidad de cuidado coronario. Estudio observacional descriptivo con componente analítico exploratorio para establecer diferencia de proporciones entre pacientes llevados a cateterismo y los que no, en el periodo entre enero de 2009 a septiembre de 2010. Resultados: se analizaron 148 pacientes, 67 con cateterismo y 81 sin cateterismo. En el análisis multivariado la presencia de troponina elevada fue el único factor asociado con la realización de cateterismo cardíaco (OR 5.06, IC 95% 2.02-12.06, p<0.001). Los factores que se asociaron con la no realización de cateterismo fueron la edad mayor (OR 0.77, IC 95% 0.66-0.89, p<0.000) y el desenlace fatal asociado a la severidad del cuadro por la presencia de arritmia ventricular y/o choque cardiogénico (OR 0.06, IC 95% 0.01-0.2, p<0.000). Conclusión: la troponina fue el único factor asociado con la realización del cateterismo cardíaco. La edad y la muerte intrahospitalaria fueron los factores determinantes para no hacerlo.

Factores de riesgo para mortalidad y bajo gasto cardiaco en el posoperatorio de Switch arterial en pacientes con transposición de grandes arterias

El Switch arterial se ha convertido en la primera opción quirúrgica en pacientes con Transposición de grandes arterias (DTGA). El objetivo de este estudio es presentar la experiencia de la Fundación Cardioinfantil desde el año 2003 hasta julio del 2011, y determinar los factores de riesgo asociados a bajo gasto y mortalidad. Materiales y métodos: Estudio de caso - cohorte. Se revisaron las historias clínicas de los pacientes para obtener la información de las variables. El análisis se realizó mediante métodos estándar para variables continuas y variables categóricas. Los casos y sus controles se compararon y solo las variables con valores de p < 0.05 se analizaron como factores de riesgo. Resultados: 58 pacientes operados. Mediana de edad 12 días (RIQ 7 - 34), El 70.7% (41/58) de los pacientes fueron hombres. La DTGA con septum integro fue la anomalía más frecuente 53,5% (31/58). La mortalidad fue 15,2% (9/58) y la frecuencia de bajo gasto fue 55,2% (32/58). Entre el grupo de controles y casos no hubo diferencias estadísticamente significativas entre las variables preoperatorias y la presencia de bajo gasto y muerte, excepto el tiempo prolongado de circulación extracorpórea que fue factor de riesgo independiente para mortalidad OR 1.1 IC 95% (1 – 1,2) p de 0.002, y para bajo gasto cardiaco el score de vasoactivos-inotrópicos elevado OR 1.2 IC 95% (1.1 – 1,4) p de 0.001. Conclusiones: La frecuencia de las características de los pacientes operados en nuestra población es similar a lo reportado en la literatura mundial, sin embargo los factores de riesgo para mortalidad y bajo gasto no tuvieron el mismo impacto en nuestra población excepto por el tiempo de circulación extracorpórea y el uso de inotrópicos.

Mortalidad por trauma cardiaco penetrante en un hospital de Bogotá, Colombia : análisis de factores asociados

Objetivó: Caracterizar los pacientes con heridas cardiacas penetrantes grado II a VI, describir las características del trauma, tratamiento quirúrgico, evolución clínica e identificar los factores asociados a un desenlace. Metodología: Se diseñó un estudio de asociación en 308 pacientes que ingresaron a cirugía con diagnóstico de herida penetrante de corazón entre enero de 1999 y octubre de 2009. Se excluyeron 68 casos. La serie analizada incluyó 240 pacientes con heridas cardiacas. Se analizaron variables demográficas, clínicas, quirúrgicas y de evolución, tabulados en EXCEL® y analizados en SPSS 20®. Resultados: El promedio de edad fue 27.8 años, principalmente hombres (96%), lesiones por arma cortopunzante 93% y un 7% por proyectil arma de fuego. El estado hemodinámico al ingreso (según Ivatury) fue normal 44%; Shock profundo 34%; Agónicos 18% y 3% fatales. El 67% (n=161) presentaron taponamiento cardiaco. Los grados de lesión cardiaca según la clasificación OIS-AAST fueron: grado II 33%, grado III 13%, grado IV 29%, grado V 22% y grado VI 3%. La ventana pericárdica fue el método diagnóstico confirmatorio de lesión en 63% y las incisiones de abordaje quirúrgico fueron la esternotomía 63% y la toracotomía anterolateral 35%. La mortalidad fue 15% (n=36). Las diferencias en mortalidad entre el estado hemodinámico al inicio de cirugía, mecanismo de lesión y grado de herida, demostraron ser estadísticamente significativas (valor de p<0.001). Conclusiones: El estado hemodinámico y las heridas por arma de fuego son factores asociados a mortalidad. La ventana pericárdica subxifoidea favorece la preferencia y buenos resultados de la esternotomía como vía de abordaje quirúrgico.

Dinámica del anillo mitral en pacientes con insuficiencia mitral isquemica

OBJETIVOS: Describir y comparar los cambios dinámicos de la geometría del anillo mitral durante todo el ciclo cardiaco en pacientes con insuficiencia mitral isquémica y pacientes con válvula mitral normal. MATERIALES Y MÉTODOS: Los estudios ecocardiográficos analizados fueron 37, 23 con insuficiencia mitral isquémica y 14 con válvula mitral normal. La reconstrucción del anillo se realizó en la estación de trabajo Xcelera (Philips Medial Systems) mediante la herramienta de análisis mitral (MVQ), en 5 momentos del ciclo cardiaco: Comienzo de Sístole, Mitad de Sístole, Final de Sístole, Mitad de Diástole y Final de Diástole. RESULTADOS: El anillo del grupo control, fue más dinámico, con sus menores dimensiones al final de la diástole, presentando incremento progresivo durante la sístole. Los cambios en el perímetro y el área, fueron significativos entre el comienzo y mitad de la sístole (p:0.087 y p: 0.055). En el grupo con insuficiencia mitral isquémica, el anillo fue más estático. Todas las dimensiones en este grupo, fueron mayores en los cinco momentos del ciclo cardiaco. (p < 0.1). El anillo también fue más plano, con un índice morfológico anular menor al del grupo control (p:0.087). DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES: En pacientes sin insuficiencia mitral, el anillo es una estructura dinámica. Durante la sístole, las menores dimensiones se produjeron al comienzo de este periodo y la conformación en silla de montar se mantuvo, protegiendo contra la insuficiencia mitral. El anillo del grupo con insuficiencia mitral fue más estático y plano, perdiendo los mecanismos protectores.

Correlación y concordancia entre ecocardiografía y cateterismo cardiaco derecho para determinación de la presión sistólica de arteria pulmonar

Introducción. El cateterismo cardiaco derecho representa el estándar de referencia para el diagnóstico de hipertensión pulmonar, sin embargo el rendimiento de la ecocardiografía como estudio inicial ha mostrado buena correlación con las variables medidas por cateterismo. El presente estudio pretende describir el grado de correlación y concordancia entre la ecocardiografía y el cateterismo cardiaco derecho para la medición de la presión sistólica de la arteria pulmonar. Materiales y métodos. Se realizó un estudio observacional retrospectivo de los pacientes sometidos a cateterismo cardiaco derecho entre los años 2009 a 2014 y se compararon con los datos de ecocardiograma más cercano a este cateterismo, teniendo en cuenta la presión sistólica de la arteria pulmonar (PSAP) en las dos modalidades diagnósticas mediante correlación y concordancia estadística según los coeficientes de Pearson y el índice de Lin respectivamente. Resultados. Se recolectaron un total de 169 pacientes con un índice de correlación (r) obtenido para la medición de PSAP del total de la muestra de 0.73 p < 0.0001 mostrando un grado de correlación alto para toda la muestra evaluada. El análisis de concordancia obtenido para toda la población a partir del índice de Lin fue de 0.71 lo que determinó una pobre concordancia. Discusión. Se encontró buena correlación entre ecocardiografía y cateterismo cardiaco derecho para la medición de la PSAP, sin embargo la concordancia entre los métodos diagnósticos es pobre, por tanto el ecocardiograma no reemplaza al cateterismo cardiaco derecho como estudio de elección para diagnóstico y seguimiento de pacientes con hipertensión pulmonar.

Mecánica ventricular izquierda en pacientes con infarto agudo del miocardio

RESUMEN Introducción El papel de las nuevas técnicas ecocardiográficas para el diagnóstico de infarto agudo del miocardio se encuentra en desarrollo y la realización de mecánica ventricular izquierda podría sugerir la presencia de enfermedad coronaria hemodinámicamente significativa. Objetivos Determinar si en pacientes con infarto agudo del miocardio la medición de strain longitudinal global y regional sirve para predecir la presencia de enfermedad coronaria significativa. Métodos Es un estudio de pruebas diagnósticas en el que se evaluaron las características operativas de la mecánica ventricular izquierda para la detección de enfermedad coronaria significativa comparado contra el cateterismo cardiaco, considerado el patrón de oro. Se analizaron 54 pacientes con infarto agudo del miocardio llevados a cateterismo cardiaco, a quienes se les realizó un ecocardiograma transtorácico con medición de strain longitudinal global y regional. Resultados De los 54 pacientes analizados, el 83% tenía enfermedad coronaria significativa. El hallazgo de un strain longitudinal global < -17.5 tuvo una sensibilidad del 85% y una especificidad del 78% para predecir la presencia de enfermedad coronaria; para la arteria descendente anterior un strain longitudinal regional < – 17.4 tuvo una sensibilidad de 82% y una especificidad de 44%, para la arteria circunfleja una sensibilidad del 87% y una especificidad del 37% y para la arteria coronaria derecha una sensibilidad de 73% y una especificidad de 32%. Conclusiones La realización de ecocardiografía con mecánica ventricular en pacientes con infarto agudo del miocardio es útil para predecir la presencia de enfermedad coronaria hemodinámicamente significativa.

Incidencia y factores asociados a infección en el primer año postrasplante cardiaco

Objetivo: Determinar la incidencia de las infecciones en el primer año postrasplante cardiaco y los factores asociados a las infecciones en este periodo. Materiales y métodos: Estudio analítico de casos y controles anidados en una cohorte, con los pacientes trasplantados cardiacos en la Fundación Cardioinfantil – Instituto de cardiología desde el año 2005 hasta el 2015. Se realizaron análisis univariados, análisis bivariado entre las variables del estudio y el desenlace para la selección de las variables para el modelo de regresión logística. Resultados: Se presentó una mediana de 54 años de edad en la cohorte, con mayor proporción de hombres (75,8%) y con predominio de la cardiopatía dilatada como indicación de trasplante. La incidencia de infecciones en el primer año postrasplante fue de 45% (30/66). Se encontró mayor riesgo de infección en los primeros tres meses, del 36.3% (IC 95% 23 – 55), mostrando mayor frecuencia de infecciones pulmonares y en piel. Dentro de los organismos aislados más importantes en los primeros tres meses, se encontraron bacilos gram negativos y Aspergillus spp. En el primer año postrasplante la cardiopatía dilatada con un OR 4.7 IC95% (1.3 – 17) y la enfermedad renal crónica con un OR 6.7 IC 95% (1.4 - 32) se asociaron a la presencia de infecciones. Conclusiones: La frecuencia de infecciones en los pacientes trasplantados cardiacos en la Fundación Cardioinfantil IC es similar a la observada en la literatura. La aparición de infecciones en el primer año postrasplante, se asocia a la presencia de cardiopatía dilatada y enfermedad renal crónica.

Underwater slam for estructured environments using and imaging sonar

Aquesta tesi tracta sobre el problema de la navegació per a vehicles submarins autònoms que operen en entorns artificials estructurats com ara ports, canals, plataformes marines i altres escenaris similars. A partir d'una estimació precisa de la posició en aquests entorns, les capacitats dels vehicles submarins s'incrementen notablement i s'obre una porta al seu funcionament autònom. El manteniment, inspecció i vigilància d'instal lacions marines són alguns exemples de possibles aplicacions. Les principals contribucions d'aquesta tesi consisteixen per una banda en el desenvolupament de diferents sistemes de localització per a aquelles situacions on es disposa d'un mapa previ de l'entorn i per l'altra en el desenvolupament d'una nova solució al problema de la Localització i Construcció Simultània de Mapes (SLAM en les seves sigles en anglès), la finalitat del qual és fer que un vehicle autònom creï un mapa de l'entorn desconegut que el rodeja i, al mateix temps, utilitzi aquest mapa per a determinar la seva pròpia posició. S'ha escollit un sonar d'imatges d'escaneig mecànic com a sensor principal per a aquest treball tant pel seu relatiu baix cost com per la seva capacitat per produir una representació detallada de l'entorn. Per altra banda, les particularitats de la seva operació i, especialment, la baixa freqúència a la que es produeixen les mesures, constitueixen els principals inconvenients que s'han hagut d'abordar en les estratègies de localització proposades. Les solucions adoptades per aquests problemes constitueixen una altra contribució d'aquesta tesi. El desenvolupament de vehicles autònoms i el seu ús com a plataformes experimentals és un altre aspecte important d'aquest treball. Experiments portats a terme tant en el laboratori com en escenaris reals d'aplicació han proporcionat les dades necessàries per a provar i avaluar els diferents sistemes de localització proposats.

Texture recognition under varying imaging geometries

La visió és probablement el nostre sentit més dominant a partir del qual derivem la majoria d'informació del món que ens envolta. A través de la visió podem percebre com són les coses, on són i com es mouen. En les imatges que percebem amb el nostre sistema de visió podem extreure'n característiques com el color, la textura i la forma, i gràcies a aquesta informació som capaços de reconèixer objectes fins i tot quan s'observen sota unes condicions totalment diferents. Per exemple, som capaços de distingir un mateix objecte si l'observem des de diferents punts de vista, distància, condicions d'il·luminació, etc. La Visió per Computador intenta emular el sistema de visió humà mitjançant un sistema de captura d'imatges, un ordinador, i un conjunt de programes. L'objectiu desitjat no és altre que desenvolupar un sistema que pugui entendre una imatge d'una manera similar com ho realitzaria una persona. Aquesta tesi es centra en l'anàlisi de la textura per tal de realitzar el reconeixement de superfícies. La motivació principal és resoldre el problema de la classificació de superfícies texturades quan han estat capturades sota diferents condicions, com ara distància de la càmera o direcció de la il·luminació. D'aquesta forma s'aconsegueix reduir els errors de classificació provocats per aquests canvis en les condicions de captura. En aquest treball es presenta detalladament un sistema de reconeixement de textures que ens permet classificar imatges de diferents superfícies capturades en diferents condicions. El sistema proposat es basa en un model 3D de la superfície (que inclou informació de color i forma) obtingut mitjançant la tècnica coneguda com a 4-Source Colour Photometric Stereo (CPS). Aquesta informació és utilitzada posteriorment per un mètode de predicció de textures amb l'objectiu de generar noves imatges 2D de les textures sota unes noves condicions. Aquestes imatges virtuals que es generen seran la base del nostre sistema de reconeixement, ja que seran utilitzades com a models de referència per al nostre classificador de textures. El sistema de reconeixement proposat combina les Matrius de Co-ocurrència per a l'extracció de característiques de textura, amb la utilització del Classificador del veí més proper. Aquest classificador ens permet al mateix temps aproximar la direcció d'il·luminació present en les imatges que s'utilitzen per testejar el sistema de reconeixement. És a dir, serem capaços de predir l'angle d'il·luminació sota el qual han estat capturades les imatges de test. Els resultats obtinguts en els diferents experiments que s'han realitzat demostren la viabilitat del sistema de predicció de textures, així com del sistema de reconeixement.

VLSI architecture for motion estimation in underwater imaging

El treball desenvolupat en aquesta tesi aprofundeix i aporta solucions innovadores en el camp orientat a tractar el problema de la correspondència en imatges subaquàtiques. En aquests entorns, el que realment complica les tasques de processat és la falta de contorns ben definits per culpa d'imatges esborronades; un fet aquest que es deu fonamentalment a il·luminació deficient o a la manca d'uniformitat dels sistemes d'il·luminació artificials. Els objectius aconseguits en aquesta tesi es poden remarcar en dues grans direccions. Per millorar l'algorisme d'estimació de moviment es va proposar un nou mètode que introdueix paràmetres de textura per rebutjar falses correspondències entre parells d'imatges. Un seguit d'assaigs efectuats en imatges submarines reals han estat portats a terme per seleccionar les estratègies més adients. Amb la finalitat d'aconseguir resultats en temps real, es proposa una innovadora arquitectura VLSI per la implementació d'algunes parts de l'algorisme d'estimació de moviment amb alt cost computacional.