3D reconstruction of medical images from slices automatically landmarked with growing neural models

In this study, we utilise a novel approach to segment out the ventricular system in a series of high resolution T1-weighted MR images. We present a brain ventricles fast reconstruction method. The method is based on the processing of brain sections and establishing a fixed number of landmarks onto those sections to reconstruct the ventricles 3D surface. Automated landmark extraction is accomplished through the use of the self-organising network, the growing neural gas (GNG), which is able to topographically map the low dimensionality of the network to the high dimensionality of the contour manifold without requiring a priori knowledge of the input space structure. Moreover, our GNG landmark method is tolerant to noise and eliminates outliers. Our method accelerates the classical surface reconstruction and filtering processes. The proposed method offers higher accuracy compared to methods with similar efficiency as Voxel Grid.

Adjustable compression method for still JPEG images

There are a large number of image processing applications that work with different performance requirements and available resources. Recent advances in image compression focus on reducing image size and processing time, but offer no real-time solutions for providing time/quality flexibility of the resulting image, such as using them to transmit the image contents of web pages. In this paper we propose a method for encoding still images based on the JPEG standard that allows the compression/decompression time cost and image quality to be adjusted to the needs of each application and to the bandwidth conditions of the network. The real-time control is based on a collection of adjustable parameters relating both to aspects of implementation and to the hardware with which the algorithm is processed. The proposed encoding system is evaluated in terms of compression ratio, processing delay and quality of the compressed image when compared with the standard method.

Application of multi-sensor advanced DInSAR analysis to severe land subsidence recognition: Alto Guadalentín Basin (Spain)

Multi-sensor advanced DInSAR analyses have been performed and compared with two GPS station measurements, in order to evaluate the land subsidence evolution in a 20-year period, in the Alto Guadalentín Basin where the highest rate of man-induced subsidence (> 10 cm yr−1) of Europe had been detected. The control mechanisms have been examined comparing the advanced DInSAR data with conditioning and triggering factors (i.e. isobaths of Plio-Quaternary deposits, soft soil thickness and piezometric level).

Software for video-based multi-point frequency measuring and mapping

Complementary programs

Methods and algorithms for video-based multi-point frequency measuring and mapping

Software for video-based multi-point frequency measuring and mapping: http://hdl.handle.net/10045/53429

Thermal infrared image processing to assess heat generated by magnetic nanoparticles for hyperthermia applications

Magnetic fluid hyperthermia (MFH) is considered a promising therapeutic technique for the treatment of cancer cells, in which magnetic nanoparticles (MNPs) with superparamagnetic behavior generate mild-temperatures under an AC magnetic field to selectively destroy the abnormal cancer cells, in detriment of the healthy ones. However, the poor heating efficiency of most NMPs and the imprecise experimental determination of the temperature field during the treatment, are two of the majors drawbacks for its clinical advance. Thus, in this work, different MNPs were developed and tested under an AC magnetic field (~1.10 kA/m and 200 kHz), and the heat generated by them was assessed by an infrared camera. The resulting thermal images were processed in MATLAB after the thermographic calibration of the infrared camera. The results show the potential to use this thermal technique for the improvement and advance of MFH as a clinical therapy.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Surgical exposures and options for instrumentation in acetabular fracture fixation: Pararectus approach versus the modified Stoppa.

BACKGROUND As an alternative to the modified Stoppa approach, the Pararectus approach is used clinically for treatment of acetabular fractures involving the anterior column. The current study assessed the surgical exposure and the options for instrumentation using both of these approaches. METHODS Surgical dissections were conducted on five human cadavers (all male, mean age 88 years (82-97)) using the modified Stoppa and the Pararectus approach, with the same skin incision length (10cm). Distal boundaries of the exposed bony surfaces were marked using a chisel. After removal of all soft-tissues, distances from the boundaries in the false and true pelvis were measured with reference to the pelvic brim. The exposed bone was coloured and calibrated digital images of each inner hemipelvis were taken. The amount of exposed surface using both approaches was assessed and represented as a percentage of the total bony surface of each hemipelvis. For instrumentation, a suprapectineal quadrilateral buttress plate was used. Screw lengths were documented, and three-dimensional CT reconstructions were performed to assess screw trajectories qualitatively. Wilcoxon's signed rank test for paired groups was used (level of significance: p<0.05). RESULTS After utilization of the Pararectus approach, the distances from the farthest boundaries of exposed bone towards the pelvic brim were significantly higher in the false but not the true pelvis, compared to the modified Stoppa approach. The percentage (mean±SD) of exposed bone accessible after utilizing the Pararectus approach was 42±8%, compared to 29±6% using the modified Stoppa (p=0.011). In cadavers exposed by the Pararectus approach, screws placed for posterior fixation and as a posterior column screw were longer by factor 1.8 and 2.1, respectively (p<0.05), and screws could be placed more posteromedial towards the posterior inferior iliac spine or in line with the posterior column directed towards the ischial tuberosity. CONCLUSION Compared to the modified Stoppa, the Pararectus approach facilitates a greater surgical access in the false pelvis, provides versatility for fracture fixation in the posterior pelvic ring and allows for the option to extend the approach without a new incision.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Combined effects of coral reef foraminifera Marginopora vertebralis and Heterostegina depressa in a multi-fractorial experiment

Warming and changes in ocean carbonate chemistry alter marine coastal ecosystems at an accelerating pace. The interaction between these stressors has been the subject of recent studies on reef organisms such as corals, bryozoa, molluscs, and crustose coralline algae. Here we investigated the combined effects of elevated sea surface temperatures and pCO2 on two species of photosymbiont-bearing coral reef Foraminifera: Heterostegina depressa (hosting diatoms) and Marginopora vertebralis (hosting dinoflagellates). The effects of single and combined stressors were studied by monitoring survivorship, growth, and physiological parameters, such as respiration, photochemistry (pulse amplitude modulation fluorometry and oxygen production), and chl a content. Specimens were exposed in flow-through aquaria for up to seven weeks to combinations of two pCO2 (~790 and ~490 µatm) and two temperature (28 and 31 °C) regimes. Elevated temperature had negative effects on the physiology of both species. Elevated pCO2 had negative effects on growth and apparent photosynthetic rate in H.depressa but a positive effect on effective quantum yield. With increasing pCO2, chl a content decreased in H. depressa and increased in M. vertebralis. The strongest stress responses were observed when the two stressors acted in combination. An interaction term was statistically significant in half of the measured parameters. Further exploration revealed that 75 % of these cases showed a synergistic (= larger than additive) interaction between the two stressors. These results indicate that negative physiological effects on photosymbiont-bearing coral reef Foraminifera are likely to be stronger under simultaneous acidification and temperature rise than what would be expected from the effect of each of the stressors individually.

Development of a systems risk methodology for single and multi-modal transportation systems. Final report.

Transportation Department, Research and Special Programs Administration, Washington, D.C.

Les images ov tableavs de platte peintvre de Philostrate lemnien sophiste grec /

Includes index.

Parallelism exposure and exploitation in programs /

Microfilm of typescript. Ann Arbor, Mich. : University Microfilms, 1971.