A 2D/3D image analysis system to track fluorescently labeled structures in rod-shaped cells: application to measure spindle pole asymmetry during mitosis.

BACKGROUND: The yeast Schizosaccharomyces pombe is frequently used as a model for studying the cell cycle. The cells are rod-shaped and divide by medial fission. The process of cell division, or cytokinesis, is controlled by a network of signaling proteins called the Septation Initiation Network (SIN); SIN proteins associate with the SPBs during nuclear division (mitosis). Some SIN proteins associate with both SPBs early in mitosis, and then display strongly asymmetric signal intensity at the SPBs in late mitosis, just before cytokinesis. This asymmetry is thought to be important for correct regulation of SIN signaling, and coordination of cytokinesis and mitosis. In order to study the dynamics of organelles or large protein complexes such as the spindle pole body (SPB), which have been labeled with a fluorescent protein tag in living cells, a number of the image analysis problems must be solved; the cell outline must be detected automatically, and the position and signal intensity associated with the structures of interest within the cell must be determined. RESULTS: We present a new 2D and 3D image analysis system that permits versatile and robust analysis of motile, fluorescently labeled structures in rod-shaped cells. We have designed an image analysis system that we have implemented as a user-friendly software package allowing the fast and robust image-analysis of large numbers of rod-shaped cells. We have developed new robust algorithms, which we combined with existing methodologies to facilitate fast and accurate analysis. Our software permits the detection and segmentation of rod-shaped cells in either static or dynamic (i.e. time lapse) multi-channel images. It enables tracking of two structures (for example SPBs) in two different image channels. For 2D or 3D static images, the locations of the structures are identified, and then intensity values are extracted together with several quantitative parameters, such as length, width, cell orientation, background fluorescence and the distance between the structures of interest. Furthermore, two kinds of kymographs of the tracked structures can be established, one representing the migration with respect to their relative position, the other representing their individual trajectories inside the cell. This software package, called "RodCellJ", allowed us to analyze a large number of S. pombe cells to understand the rules that govern SIN protein asymmetry. CONCLUSIONS: "RodCell" is freely available to the community as a package of several ImageJ plugins to simultaneously analyze the behavior of a large number of rod-shaped cells in an extensive manner. The integration of different image-processing techniques in a single package, as well as the development of novel algorithms does not only allow to speed up the analysis with respect to the usage of existing tools, but also accounts for higher accuracy. Its utility was demonstrated on both 2D and 3D static and dynamic images to study the septation initiation network of the yeast Schizosaccharomyces pombe. More generally, it can be used in any kind of biological context where fluorescent-protein labeled structures need to be analyzed in rod-shaped cells. AVAILABILITY: RodCellJ is freely available under http://bigwww.epfl.ch/algorithms.html, (after acceptance of the publication).

2D, 3D and 4D active compound delivery in tissue engineering and regenerative medicine

Recent advances in tissue engineering and regenerative medicine have shown that controlling cells microenvironment during growth is a key element to the development of successful therapeutic system. To achieve such control, researchers have first proposed the use of polymeric scaffolds that were able to support cellular growth and, to a certain extent, favor cell organization and tissue structure. With nowadays availability of a large pool of stem cell lines, such approach has appeared to be rather limited since it does not offer the fine control of the cell micro-environment in space and time (4D). Therefore, researchers are currently focusing their efforts on developing strategies that include active compound delivery systems in order to add a fourth dimension to the design of 3D scaffolds. This review will focus on recent concepts and applications of 2D and 3D techniques that have been used to control the load and release of active compounds used to promote cell differentiation and proliferation in or out of a scaffold. We will first present recent advances in the design of 2D polymeric scaffolds and the different techniques that have been used to deposit molecular cues and cells in a controlled fashion. We will continue presenting the recent advances made in the design of 3D scaffolds based on hydrogels as well as polymeric fibers and we will finish by presenting some of the research avenues that are still to be explored.

Aplicação da modelagem estrutural computacional direta na análise da geometria de falhas: exemplo da falha de Baixa Grande (Bacia Potiguar - NE do Brasil)

The Baixa grande fault is located on the edge of the S-SW Potiguar Rift. It limits the south part of Umbuzeiro Graben and the Apodi Graben. Although a number of studies have associated the complex deformation styles in the hanging wall of the Baixa Grande Fault with geometry and displacement variations, none have applied the modern computational techniques such as geometrical and kinematic validations to address this problem. This work proposes a geometric analysis of the Baixa Fault using seismic interpretation. The interpretation was made on 3D seismic data of the Baixa Grande fault using the software OpendTect (dGB Earth Sciences). It was also used direct structural modeling, such as Analog Direct Modeling know as Folding Vectors and, 2D and 3D Direct Computational Modeling. The Folding Vectors Modeling presented great similarity with the conventional structural seismic interpretations of the Baixa Grande Fault, thus, the conventional interpretation was validated geometrically. The 2D direct computational modeling was made on some sections of the 3D data of the Baixa Grande Fault on software Move (Midland Valley Ltd) using the horizon modeling tool. The modeling confirms the influence of fault geometry on the hanging wall. The Baixa Grande Fault ramp-flat-ramp geometry generates synform on the concave segments of the fault and antiform in the convex segments. On the fault region that does not have segments angle change, the beds are dislocated without deformation, and on the listric faults occur rollover. On the direct 3D computational modeling, structural attributes were obtained as horizons on the hanging wall of the main fault, after the simulation of several levels of deformation along the fault. The occurrence of structures that indicates shortening in this modeling, also indicates that the antiforms on the Baixa Grande Fault were influenced by fault geometry

Análise histológica e morfométrica de área cruenta tratada com membrana de silicone: estudo em rato

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evolução geomórfica e modelagem termocinemática 3D da região do planalto de Poços de Caldas (SP/MG)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise comparativa dos resultados obtidos pelos métodos de calibração de campo tridimensional e bidimensional

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise de integridade física de barragens de terra a partir da integração do método geofísico da eletrorresistividade com ensaios geotécnicos

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Análise de integridade física de barragens de terra a partir da integração do método geofísico da eletrorresistividade com ensaios geotécnicos

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Learning 3D structure from 2D images using LBP features

An automatic machine learning strategy for computing the 3D structure of monocular images from a single image query using Local Binary Patterns is presented. The 3D structure is inferred through a training set composed by a repository of color and depth images, assuming that images with similar structure present similar depth maps. Local Binary Patterns are used to characterize the structure of the color images. The depth maps of those color images with a similar structure to the query image are adaptively combined and filtered to estimate the final depth map. Using public databases, promising results have been obtained outperforming other state-of-the-art algorithms and with a computational cost similar to the most efficient 2D-to-3D algorithms.

Estudo das adaptações posturais momentaneas decorrentes da aplicação progressiva de sobrecarga unilateral

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Análise quantitativa das fibras mielínicas dos nervos laríngeos em humanos de acordo com a idade

INTRODUÇÃO E OBJETIVO: Realizar análise morfométrica das fibras mielínicas dos nervos laríngeos com a finalidade de verificar modificações quantitativas decorrentes do processo de envelhecimento. FORMA DE ESTUDO: Clínico e experimental. Material e Método: Foi coletado fragmento de 1cm dos nervos laríngeos superiores e nervos laríngeos recorrentes de 12 cadáveres do sexo masculino. A amostra foi dividida em dois grupos: idade inferior a 60 anos (Adulto) e idade igual ou superior a 60 anos (Idoso). O material foi avaliado em microscópio de luz acoplado a sistema analisador de imagem. RESULTADOS: O número total de fibras mielínicas do nervo laríngeo superior foi semelhante nos dois grupos etários, mas com tendência para o maior número de fibras de 1µm no grupo adulto (p=0,0744). O grupo adulto apresentou maior número total de fibras mielínicas no nervo laríngeo recorrente (p=0,0006), e esta diferença ocorreu nas fibras com diâmetros de 1-3µm (p<0,007). O grupo adulto apresentou maior número total de fibras mielínicas nos nervos laríngeos (soma das fibras dos nervos laríngeos superiores e dos nervos laríngeos recorrentes) que o grupo idoso (p<0,0091). CONCLUSÃO: O número total de fibras mielínicas dos nervos laríngeos é maior no grupo com idade inferior a 60 anos.

Desenvolvimento de programa em linguagem Matlab® para cálculo pelo método de elementos finitos

Para o projeto de qualquer estrutura existente (edifícios, pontes, veículos, máquinas, etc.) é necessário conhecer as condições de carga, geometria e comportamento de todas as suas partes, assim como respeitar as normativas em vigor nos países nos quais a estrutura será aplicada. A primeira parte de qualquer projeto nesta área passa pela fase da análise estrutural, onde são calculadas todas as interações e efeitos de cargas sobre as estruturas físicas e os seus componentes de maneira a verificar a aptidão da estrutura para o seu uso. Inicialmente parte-se de uma estrutura de geometria simplificada, pondo de parte os elementos físicos irrelevantes (elementos de fixação, revestimentos, etc.) de maneira a simplificar o cálculo de estruturas complexas e, em função dos resultados obtidos da análise estrutural, melhorar a estrutura se necessário. A análise por elementos finitos é a ferramenta principal durante esta primeira fase do projeto. E atualmente, devido às exigências do mercado, é imprescindível o suporte computorizado de maneira a agilizar esta fase do projeto. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, análise estática de cargas, análise dinâmica e vibrações, visualização do comportamento físico (deformações) em tempo real, que permitem a otimização da estrutura em análise. Porém, estes programas demostram uma certa complexidade durante a introdução dos parâmetros, levando muitas vezes a resultados errados. Assim sendo, é essencial para o projetista ter uma ferramenta fiável e simples de usar que possa ser usada para fins de projeto de estruturas e otimização. Sobre esta base nasce este projeto tese onde se elaborou um programa com interface gráfica no ambiente Matlab® para a análise de estruturas por elementos finitos, com elementos do tipo Barra e Viga, quer em 2D ou 3D. Este programa permite definir a estrutura por meio de coordenadas, introdução de forma rápida e clara, propriedades mecânicas dos elementos, condições fronteira e cargas a aplicar. Como resultados devolve ao utilizador as reações, deformações e distribuição de tensões nos elementos quer em forma tabular quer em representação gráfica sobre a estrutura em análise. Existe ainda a possibilidade de importação de dados e exportação dos resultados em ficheiros XLS e XLSX, de maneira a facilitar a gestão de informação. Foram realizados diferentes testes e análises de estruturas de forma a validar os resultados do programa e a sua integridade. Os resultados foram todos satisfatórios e convergem para os resultados de outros programas, publicados em livros, e para cálculo a mão feitos pelo autor.

Influência da forma da superfície de cedência do terreno no comportamento de um túnel e suas consequências na avaliação de danos nas estruturas à superfície

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Geotecnia

O uso da Deteção Remota para a extração de Indicadores Urbanos

Nas últimas décadas o aumento da expansão das áreas urbanas conduziu a rápidas mudanças nos ambientes urbanos. Estas mudanças necessitam de uma observação e compreensão, por forma a permitir a monitorização e avaliação do processo de planeamento urbano. A utilização de dados obtidos por Deteção Remota (DR), aliada aos Sistemas de Informação Geográfica (SIG), surge como uma fonte de informação válida para modelar, recolher, armazenar, exibir e analisar os sistemas urbanos. Neste contexto, a informação planimétrica e altimétrica recolhida por sensores remotos pode ser explorada por forma a extrair informação acerca do uso e ocupação do solo, e apresenta-la sob a forma de indicadores para apoio à decisão. Um sistema de indicadores urbanos baseados em dados obtidos por DR constitui uma ferramenta para as cidades transmitirem os diferentes riscos urbanos bem como na promoção de medidas e estratégias para um eficiente planeamento urbano. A dissertação de mestrado proposta tem como principal objetivo a criação de um sistema de indicadores urbanos que caracterize a cidade de Lisboa ao nível das áreas verdes e do volume construído. Assim, de forma a atingir o objetivo principal é desenvolvida uma metodologia baseada em informação altimétrica e planimétrica que permite analisar as áreas verdes da cidade de Lisboa bem como o volume construído. A informação altimétrica urbana (3D) é derivada de dados cartográficos oficiais (curvas de nível que originam um Modelo Digital de Terreno) e informação recolhida por LiDAR (Light Detection And Ranging) (que representa o Modelo Digital de Superfície). A informação 2D é extraída de uma imagem do satélite de alta resolução Worldview-2 de 2010, com um pixel de 0,5m, do concelho de Lisboa, através de técnicas de processamento digital de imagem. A informação recolhida permite, por um lado a modelação 3D do edificado, e por outro a quantificação 2D da cobertura vegetal em meio urbano. Posteriormente, num ambiente SIG, a informação extraída é cruzada com dados censitários e dados de uso e ocupação do solo. A análise ocorre tendo por base as Subsecções Estatísticas (SSE) da cidade de Lisboa (INE, 2011) e o sistema proposto inclui assim a extração de indicadores divididos tematicamente em indicadores de área e indicadores de volume. Os resultados obtidos permitem relacionar as áreas verdes, a população e o volume construído.

Índice de dissincronia ventricular: comparação com a fração de ejeção bidimensional e tridimensional

FUNDAMENTO: O acoplamento eletromecânico (sincronia) do ventrículo esquerdo (VE) tem importância na análise da performance sistólica, especialmente para a indicação da terapia de ressincronização cardíaca em pacientes com ICC avançada. OBJETIVO: Comparar a sincronia do VE analisada com ecocardiograma (eco) tridimensional (3D) em tempo real com medidas de FEVE obtidas com ECO 2D e 3D. MÉTODOS: Estudo prospectivo de 92 indivíduos (56 homens, 47±10 anos), 60 com anatomia cardíaca (eco) e ECG normais (Grupo N), 32 com cardiomiopatia dilatada (Grupo CMD). Com o emprego do ECO 3D foram aferidos FEVE, volumes e índice de dissincronia (ID)% para 16 segmentos do VE; com o ECO 2D foram medidos FEVE (método de Simpson) e volumes sistólico e diastólico do VE. Análise estatística: coeficiente de correlação (Pearson), 95% IC, teste de regressão linear, teste de Bland & Altman, p<0,05. RESULTADOS: O ID% variou de 0,2900 a 28,1000 (5,2014±6,3281), a FEVE 3D variou de 0,17 a 0,81 (0,52±0,17); a FEVE 2D variou de 0,3 a 0,69 (0,49±0,11). A correlação entre ID e FEVE 3D foi (r): -0,7432, p<0,0001, IC: -0,8227 a -0,6350, a relação linear entre ID (x) e FEVE 3D (y) foi y = 19,8124 + (-27,9578) x , p<0,0001. A correlação entre ID e FEVE 2D foi (r): -0,7012, p<0,0001, IC: -0,7923 a -0,5797. CONCLUSÃO: Nesta casuística foi observada boa correlação negativa entre o acoplamento sistólico tridimensional eletromecânico do VE e a FEVE medida ao ecocardiograma (3D e 2D).