Lattices for 3-Dimensional Fuzzy Data generated by Fuzzy Galois Connections

Vagueness and high dimensional space data are usual features of current data. The paper is an approach to identify conceptual structures among fuzzy three dimensional data sets in order to get conceptual hierarchy. We propose a fuzzy extension of the Galois connections that allows to demonstrate an isomorphism theorem between fuzzy sets closures which is the basis for generating lattices ordered-sets

Relation between plaque type, plaque thickness, blood shear stress, and plaque stress in coronary arteries assessed by X-ray Angiography and Intravascular Ultrasound

Purpose: Atheromatic plaque progression is affected, among others phenomena, by biomechanical, biochemical, and physiological factors. In this paper, the authors introduce a novel framework able to provide both morphological (vessel radius, plaque thickness, and type) and biomechanical (wall shear stress and Von Mises stress) indices of coronary arteries. Methods: First, the approach reconstructs the three-dimensional morphology of the vessel from intravascular ultrasound(IVUS) and Angiographic sequences, requiring minimal user interaction. Then, a computational pipeline allows to automatically assess fluid-dynamic and mechanical indices. Ten coronary arteries are analyzed illustrating the capabilities of the tool and confirming previous technical and clinical observations. Results: The relations between the arterial indices obtained by IVUS measurement and simulations have been quantitatively analyzed along the whole surface of the artery, extending the analysis of the coronary arteries shown in previous state of the art studies. Additionally, for the first time in the literature, the framework allows the computation of the membrane stresses using a simplified mechanical model of the arterial wall. Conclusions: Circumferentially (within a given frame), statistical analysis shows an inverse relation between the wall shear stress and the plaque thickness. At the global level (comparing a frame within the entire vessel), it is observed that heavy plaque accumulations are in general calcified and are located in the areas of the vessel having high wall shear stress. Finally, in their experiments the inverse proportionality between fluid and structural stresses is observed.

Comparison and validation of tissue modelization and statistical classification methods in T1-weighted MR brain images.

This paper presents a validation study on statistical nonsupervised brain tissue classification techniques in magnetic resonance (MR) images. Several image models assuming different hypotheses regarding the intensity distribution model, the spatial model and the number of classes are assessed. The methods are tested on simulated data for which the classification ground truth is known. Different noise and intensity nonuniformities are added to simulate real imaging conditions. No enhancement of the image quality is considered either before or during the classification process. This way, the accuracy of the methods and their robustness against image artifacts are tested. Classification is also performed on real data where a quantitative validation compares the methods' results with an estimated ground truth from manual segmentations by experts. Validity of the various classification methods in the labeling of the image as well as in the tissue volume is estimated with different local and global measures. Results demonstrate that methods relying on both intensity and spatial information are more robust to noise and field inhomogeneities. We also demonstrate that partial volume is not perfectly modeled, even though methods that account for mixture classes outperform methods that only consider pure Gaussian classes. Finally, we show that simulated data results can also be extended to real data.

Improved SNR efficiency in gradient echo coronary MRA with high temporal resolution using parallel imaging.

Contemporary coronary magnetic resonance angiography techniques suffer from signal-to-noise ratio (SNR) constraints. We propose a method to enhance SNR in gradient echo coronary magnetic resonance angiography by using sensitivity encoding (SENSE). While the use of sensitivity encoding to improve SNR seems counterintuitive, it can be exploited by reducing the number of radiofrequency excitations during the acquisition window while lowering the signal readout bandwidth, therefore improving the radiofrequency receive to radiofrequency transmit duty cycle. Under certain conditions, this leads to improved SNR. The use of sensitivity encoding for improved SNR in three-dimensional coronary magnetic resonance angiography is investigated using numerical simulations and an in vitro and an in vivo study. A maximum 55% SNR enhancement for coronary magnetic resonance angiography was found both in vitro and in vivo, which is well consistent with the numerical simulations. This method is most suitable for spoiled gradient echo coronary magnetic resonance angiography in which a high temporal and spatial resolution is required.

Quantitative morphometry analysis of the fetal brain using clinical MR imaging

In vivo fetal magnetic resonance imaging provides aunique approach for the study of early human braindevelopment [1]. In utero cerebral morphometry couldpotentially be used as a marker of the cerebralmaturation and help to distinguish between normal andabnormal development in ambiguous situations. However,this quantitative approach is a major challenge becauseof the movement of the fetus inside the amniotic cavity,the poor spatial resolution provided by very fast MRIsequences and the partial volume effect. Extensiveefforts are made to deal with the reconstruction ofhigh-resolution 3D fetal volumes based on severalacquisitions with lower resolution [2,3,4]. Frameworkswere developed for the segmentation of specific regionsof the fetal brain such as posterior fossa, brainstem orgerminal matrix [5,6], or for the entire brain tissue[7,8], applying the Expectation-Maximization MarkovRandom Field (EM-MRF) framework. However, many of theseprevious works focused on the young fetus (i.e. before 24weeks) and use anatomical atlas priors to segment thedifferent tissue or regions. As most of the gyraldevelopment takes place after the 24th week, acomprehensive and clinically meaningful study of thefetal brain should not dismiss the third trimester ofgestation. To cope with the rapidly changing appearanceof the developing brain, some authors proposed a dynamicatlas [8]. To our opinion, this approach however faces arisk of circularity: each brain will be analyzed /deformed using the template of its biological age,potentially biasing the effective developmental delay.Here, we expand our previous work [9] to proposepost-processing pipeline without prior that allow acomprehensive set of morphometric measurement devoted toclinical application. Data set & Methods: Prenatal MRimaging was performed with a 1-T system (GE MedicalSystems, Milwaukee) using single shot fast spin echo(ssFSE) sequences (TR 7000 ms, TE 180 ms, FOV 40 x 40 cm,slice thickness 5.4mm, in plane spatial resolution1.09mm). For each fetus, 6 axial volumes shifted by 1 mmwere acquired under motherâeuro?s sedation (about 1min pervolume). First, each volume is segmentedsemi-automatically using region-growing algorithms toextract fetal brain from surrounding maternal tissues.Inhomogeneity intensity correction [10] and linearintensity normalization are then performed. Brain tissues(CSF, GM and WM) are then segmented based on thelow-resolution volumes as presented in [9]. Ahigh-resolution image with isotropic voxel size of 1.09mm is created as proposed in [2] and using B-splines forthe scattered data interpolation [11]. Basal gangliasegmentation is performed using a levet setimplementation on the high-resolution volume [12]. Theresulting white matter image is then binarized and givenas an input in FreeSurfer software(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) to providetopologically accurate three-dimensional reconstructionsof the fetal brain according to the local intensitygradient. References: [1] Guibaud, Prenatal Diagnosis29(4) (2009). [2] Rousseau, Acad. Rad. 13(9), 2006. [3]Jiang, IEEE TMI 2007. [4] Warfield IADB, MICCAI 2009. [5]Claude, IEEE Trans. Bio. Eng. 51(4) 2004. [6] Habas,MICCAI 2008. [7] Bertelsen, ISMRM 2009. [8] Habas,Neuroimage 53(2) 2010. [9] Bach Cuadra, IADB, MICCAI2009. [10] Styner, IEEE TMI 19(39 (2000). [11] Lee, IEEETrans. Visual. And Comp. Graph. 3(3), 1997. [12] BachCuadra, ISMRM 2010.

Computer-aided volume measurement of posttraumatic orbits reconstructed with AO titanium mesh plates: accuracy and reliability

PURPOSE: To prospectively evaluate the accuracy and reliability of "freehand" posttraumatic orbital wall reconstruction with AO (Arbeitsgemeinschaft Osteosynthese) titanium mesh plates by using computer-aided volumetric measurement of the bony orbits. METHODS: Bony orbital volume was measured in 12 patients from coronal CT scan slices using OsiriX Medical Image software. After defining the volumetric limits of the orbit, the segmentation of the bony orbital region of interest of each single slice was performed. At the end of the segmentation process, all regions of interest were grouped and the volume was computed. The same procedure was performed on both orbits, and thereafter the volume of the contralateral uninjured orbit was used as a control for comparison. RESULTS: In all patients, the volume data of the reconstructed orbit fitted that of the contralateral uninjured orbit with accuracy to within 1.85 cm3 (7%). CONCLUSIONS: This preliminary study has demonstrated that posttraumatic orbital wall reconstruction using "freehand" bending and placement of AO titanium mesh plates results in a high success rate in re-establishing preoperative bony volume, which closely approximates that of the contralateral uninjured orbit.

Endovascular coiling compared with surgical clipping for the treatment of unruptured middle cerebral artery aneurysms: an update.

OBJECT: In 1999 we reported that 94% of unruptured middle cerebral artery (MCA) aneurysms managed prospectively between 1993 and 1997, according to a protocol favoring endovascular coiling, were best treated by surgical clipping. The goal of the current study was to delineate the most appropriate treatment option for unruptured MCA aneurysms today, considering the technical advances in imaging and in endovascular treatment. METHODS: 35 consecutive patients harboring 40 unruptured MCA aneurysms were treated between 1997 and December 2000. Patients with unruptured cerebral aneurysms are managed prospectively according to the same protocol as reported previously [1]: the primary treatment recommendation is endovascular packing with Guglielmi detachable coils (GDCs). Surgical clipping is recommended after failed attempt at coil placement or in the presence of angioanatomical features that contraindicate that type of endovascular therapy. RESULTS: One unruptured MCA aneurysm was treated by endovascular embolization, 37 unruptured MCA aneurysms were clipped, whereas 2 unruptured MCA aneurysms were trapped with simultaneous extracranial-intracranial revascularization. Postoperative angiography revealed complete exclusion of all aneurysms. Preservation of vascular permeability was demonstrated in all clip-reconstructed aneurysms, despite arterial branches frequently originating from the aneurysmal base. Cerebral revascularization of the distal MCA was successful in the 2 patients with giant aneurysms. None of the patients presented permanent disabling complications from the treatment of the unruptured MCA aneurysm. CONCLUSION: Despite major technical advances in imaging and in endovascular treatment of cerebral aneurysms, surgical clipping still is the most efficient treatment for unruptured MCA aneurysms at the beginning of the new millennium.

"Soap-Bubble" visualization and quantitative analysis of 3D coronary magnetic resonance angiograms.

In order to compare coronary magnetic resonance angiography (MRA) data obtained with different scanning methodologies, adequate visualization and presentation of the coronary MRA data need to be ensured. Furthermore, an objective quantitative comparison between images acquired with different scanning methods is desirable. To address this need, a software tool ("Soap-Bubble") that facilitates visualization and quantitative comparison of 3D volume targeted coronary MRA data was developed. In the present implementation, the user interactively specifies a curved subvolume (enclosed in the 3D coronary MRA data set) that closely encompasses the coronary arterial segments. With a 3D Delaunay triangulation and a parallel projection, this enables the simultaneous display of multiple coronary segments in one 2D representation. For objective quantitative analysis, frequently explored quantitative parameters such as signal-to-noise ratio (SNR); contrast-to-noise ratio (CNR); and vessel length, sharpness, and diameter can be assessed. The present tool supports visualization and objective, quantitative comparisons of coronary MRA data obtained with different scanning methods. The first results obtained in healthy adults and in patients with coronary artery disease are presented.

Development of a 3D very high-resolution seismic reflection system for lacustrine settings - a case study over a thrust fault zone in Lake Geneva

Un système efficace de sismique tridimensionnelle (3-D) haute-résolution adapté à des cibles lacustres de petite échelle a été développé. Dans le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, en Suisse, des investigations récentes en deux dimension (2-D) ont mis en évidence une zone de faille complexe qui a été choisie pour tester notre système. Les structures observées incluent une couche mince (<40 m) de sédiments quaternaires sub-horizontaux, discordants sur des couches tertiaires de molasse pentées vers le sud-est. On observe aussi la zone de faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau de la Molasse Subalpine. Deux campagnes 3-D complètes, d?environ d?un kilomètre carré, ont été réalisées sur ce site de test. La campagne pilote (campagne I), effectuée en 1999 pendant 8 jours, a couvert 80 profils en utilisant une seule flûte. Pendant la campagne II (9 jours en 2001), le nouveau système trois-flûtes, bien paramétrés pour notre objectif, a permis l?acquisition de données de très haute qualité sur 180 lignes CMP. Les améliorations principales incluent un système de navigation et de déclenchement de tirs grâce à un nouveau logiciel. Celui-ci comprend un contrôle qualité de la navigation du bateau en temps réel utilisant un GPS différentiel (dGPS) à bord et une station de référence près du bord du lac. De cette façon, les tirs peuvent être déclenchés tous les 5 mètres avec une erreur maximale non-cumulative de 25 centimètres. Tandis que pour la campagne I la position des récepteurs de la flûte 48-traces a dû être déduite à partir des positions du bateau, pour la campagne II elle ont pu être calculées précisément (erreur <20 cm) grâce aux trois antennes dGPS supplémentaires placées sur des flotteurs attachés à l?extrémité de chaque flûte 24-traces. Il est maintenant possible de déterminer la dérive éventuelle de l?extrémité des flûtes (75 m) causée par des courants latéraux ou de petites variations de trajet du bateau. De plus, la construction de deux bras télescopiques maintenant les trois flûtes à une distance de 7.5 m les uns des autres, qui est la même distance que celle entre les lignes naviguées de la campagne II. En combinaison avec un espacement de récepteurs de 2.5 m, la dimension de chaque «bin» de données 3-D de la campagne II est de 1.25 m en ligne et 3.75 m latéralement. L?espacement plus grand en direction « in-line » par rapport à la direction «cross-line» est justifié par l?orientation structurale de la zone de faille perpendiculaire à la direction «in-line». L?incertitude sur la navigation et le positionnement pendant la campagne I et le «binning» imprécis qui en résulte, se retrouve dans les données sous forme d?une certaine discontinuité des réflecteurs. L?utilisation d?un canon à air à doublechambre (qui permet d?atténuer l?effet bulle) a pu réduire l?aliasing observé dans les sections migrées en 3-D. Celui-ci était dû à la combinaison du contenu relativement haute fréquence (<2000 Hz) du canon à eau (utilisé à 140 bars et à 0.3 m de profondeur) et d?un pas d?échantillonnage latéral insuffisant. Le Mini G.I 15/15 a été utilisé à 80 bars et à 1 m de profondeur, est mieux adapté à la complexité de la cible, une zone faillée ayant des réflecteurs pentés jusqu?à 30°. Bien que ses fréquences ne dépassent pas les 650 Hz, cette source combine une pénétration du signal non-aliasé jusqu?à 300 m dans le sol (par rapport au 145 m pour le canon à eau) pour une résolution verticale maximale de 1.1 m. Tandis que la campagne I a été acquise par groupes de plusieurs lignes de directions alternées, l?optimisation du temps d?acquisition du nouveau système à trois flûtes permet l?acquisition en géométrie parallèle, ce qui est préférable lorsqu?on utilise une configuration asymétrique (une source et un dispositif de récepteurs). Si on ne procède pas ainsi, les stacks sont différents selon la direction. Toutefois, la configuration de flûtes, plus courtes que pour la compagne I, a réduit la couverture nominale, la ramenant de 12 à 6. Une séquence classique de traitement 3-D a été adaptée à l?échantillonnage à haute fréquence et elle a été complétée par deux programmes qui transforment le format non-conventionnel de nos données de navigation en un format standard de l?industrie. Dans l?ordre, le traitement comprend l?incorporation de la géométrie, suivi de l?édition des traces, de l?harmonisation des «bins» (pour compenser l?inhomogénéité de la couverture due à la dérive du bateau et de la flûte), de la correction de la divergence sphérique, du filtrage passe-bande, de l?analyse de vitesse, de la correction DMO en 3-D, du stack et enfin de la migration 3-D en temps. D?analyses de vitesse détaillées ont été effectuées sur les données de couverture 12, une ligne sur deux et tous les 50 CMP, soit un nombre total de 600 spectres de semblance. Selon cette analyse, les vitesses d?intervalles varient de 1450-1650 m/s dans les sédiments non-consolidés et de 1650-3000 m/s dans les sédiments consolidés. Le fait que l?on puisse interpréter plusieurs horizons et surfaces de faille dans le cube, montre le potentiel de cette technique pour une interprétation tectonique et géologique à petite échelle en trois dimensions. On distingue cinq faciès sismiques principaux et leurs géométries 3-D détaillées sur des sections verticales et horizontales: les sédiments lacustres (Holocène), les sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), la Molasse du Plateau, la Molasse Subalpine de la zone de faille (chevauchement) et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. Les couches de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine ont respectivement un pendage de ~8° et ~20°. La zone de faille comprend de nombreuses structures très déformées de pendage d?environ 30°. Des tests préliminaires avec un algorithme de migration 3-D en profondeur avant sommation et à amplitudes préservées démontrent que la qualité excellente des données de la campagne II permet l?application de telles techniques à des campagnes haute-résolution. La méthode de sismique marine 3-D était utilisée jusqu?à présent quasi-exclusivement par l?industrie pétrolière. Son adaptation à une échelle plus petite géographiquement mais aussi financièrement a ouvert la voie d?appliquer cette technique à des objectifs d?environnement et du génie civil.<br/><br/>An efficient high-resolution three-dimensional (3-D) seismic reflection system for small-scale targets in lacustrine settings was developed. In Lake Geneva, near the city of Lausanne, Switzerland, past high-resolution two-dimensional (2-D) investigations revealed a complex fault zone (the Paudèze thrust zone), which was subsequently chosen for testing our system. Observed structures include a thin (<40 m) layer of subhorizontal Quaternary sediments that unconformably overlie southeast-dipping Tertiary Molasse beds and the Paudèze thrust zone, which separates Plateau and Subalpine Molasse units. Two complete 3-D surveys have been conducted over this same test site, covering an area of about 1 km2. In 1999, a pilot survey (Survey I), comprising 80 profiles, was carried out in 8 days with a single-streamer configuration. In 2001, a second survey (Survey II) used a newly developed three-streamer system with optimized design parameters, which provided an exceptionally high-quality data set of 180 common midpoint (CMP) lines in 9 days. The main improvements include a navigation and shot-triggering system with in-house navigation software that automatically fires the gun in combination with real-time control on navigation quality using differential GPS (dGPS) onboard and a reference base near the lake shore. Shots were triggered at 5-m intervals with a maximum non-cumulative error of 25 cm. Whereas the single 48-channel streamer system of Survey I requires extrapolation of receiver positions from the boat position, for Survey II they could be accurately calculated (error <20 cm) with the aid of three additional dGPS antennas mounted on rafts attached to the end of each of the 24- channel streamers. Towed at a distance of 75 m behind the vessel, they allow the determination of feathering due to cross-line currents or small course variations. Furthermore, two retractable booms hold the three streamers at a distance of 7.5 m from each other, which is the same distance as the sail line interval for Survey I. With a receiver spacing of 2.5 m, the bin dimension of the 3-D data of Survey II is 1.25 m in in-line direction and 3.75 m in cross-line direction. The greater cross-line versus in-line spacing is justified by the known structural trend of the fault zone perpendicular to the in-line direction. The data from Survey I showed some reflection discontinuity as a result of insufficiently accurate navigation and positioning and subsequent binning errors. Observed aliasing in the 3-D migration was due to insufficient lateral sampling combined with the relatively high frequency (<2000 Hz) content of the water gun source (operated at 140 bars and 0.3 m depth). These results motivated the use of a double-chamber bubble-canceling air gun for Survey II. A 15 / 15 Mini G.I air gun operated at 80 bars and 1 m depth, proved to be better adapted for imaging the complexly faulted target area, which has reflectors dipping up to 30°. Although its frequencies do not exceed 650 Hz, this air gun combines a penetration of non-aliased signal to depths of 300 m below the water bottom (versus 145 m for the water gun) with a maximum vertical resolution of 1.1 m. While Survey I was shot in patches of alternating directions, the optimized surveying time of the new threestreamer system allowed acquisition in parallel geometry, which is preferable when using an asymmetric configuration (single source and receiver array). Otherwise, resulting stacks are different for the opposite directions. However, the shorter streamer configuration of Survey II reduced the nominal fold from 12 to 6. A 3-D conventional processing flow was adapted to the high sampling rates and was complemented by two computer programs that format the unconventional navigation data to industry standards. Processing included trace editing, geometry assignment, bin harmonization (to compensate for uneven fold due to boat/streamer drift), spherical divergence correction, bandpass filtering, velocity analysis, 3-D DMO correction, stack and 3-D time migration. A detailed semblance velocity analysis was performed on the 12-fold data set for every second in-line and every 50th CMP, i.e. on a total of 600 spectra. According to this velocity analysis, interval velocities range from 1450-1650 m/s for the unconsolidated sediments and from 1650-3000 m/s for the consolidated sediments. Delineation of several horizons and fault surfaces reveal the potential for small-scale geologic and tectonic interpretation in three dimensions. Five major seismic facies and their detailed 3-D geometries can be distinguished in vertical and horizontal sections: lacustrine sediments (Holocene) , glaciolacustrine sediments (Pleistocene), Plateau Molasse, Subalpine Molasse and its thrust fault zone. Dips of beds within Plateau and Subalpine Molasse are ~8° and ~20°, respectively. Within the fault zone, many highly deformed structures with dips around 30° are visible. Preliminary tests with 3-D preserved-amplitude prestack depth migration demonstrate that the excellent data quality of Survey II allows application of such sophisticated techniques even to high-resolution seismic surveys. In general, the adaptation of the 3-D marine seismic reflection method, which to date has almost exclusively been used by the oil exploration industry, to a smaller geographical as well as financial scale has helped pave the way for applying this technique to environmental and engineering purposes.<br/><br/>La sismique réflexion est une méthode d?investigation du sous-sol avec un très grand pouvoir de résolution. Elle consiste à envoyer des vibrations dans le sol et à recueillir les ondes qui se réfléchissent sur les discontinuités géologiques à différentes profondeurs et remontent ensuite à la surface où elles sont enregistrées. Les signaux ainsi recueillis donnent non seulement des informations sur la nature des couches en présence et leur géométrie, mais ils permettent aussi de faire une interprétation géologique du sous-sol. Par exemple, dans le cas de roches sédimentaires, les profils de sismique réflexion permettent de déterminer leur mode de dépôt, leurs éventuelles déformations ou cassures et donc leur histoire tectonique. La sismique réflexion est la méthode principale de l?exploration pétrolière. Pendant longtemps on a réalisé des profils de sismique réflexion le long de profils qui fournissent une image du sous-sol en deux dimensions. Les images ainsi obtenues ne sont que partiellement exactes, puisqu?elles ne tiennent pas compte de l?aspect tridimensionnel des structures géologiques. Depuis quelques dizaines d?années, la sismique en trois dimensions (3-D) a apporté un souffle nouveau à l?étude du sous-sol. Si elle est aujourd?hui parfaitement maîtrisée pour l?imagerie des grandes structures géologiques tant dans le domaine terrestre que le domaine océanique, son adaptation à l?échelle lacustre ou fluviale n?a encore fait l?objet que de rares études. Ce travail de thèse a consisté à développer un système d?acquisition sismique similaire à celui utilisé pour la prospection pétrolière en mer, mais adapté aux lacs. Il est donc de dimension moindre, de mise en oeuvre plus légère et surtout d?une résolution des images finales beaucoup plus élevée. Alors que l?industrie pétrolière se limite souvent à une résolution de l?ordre de la dizaine de mètres, l?instrument qui a été mis au point dans le cadre de ce travail permet de voir des détails de l?ordre du mètre. Le nouveau système repose sur la possibilité d?enregistrer simultanément les réflexions sismiques sur trois câbles sismiques (ou flûtes) de 24 traces chacun. Pour obtenir des données 3-D, il est essentiel de positionner les instruments sur l?eau (source et récepteurs des ondes sismiques) avec une grande précision. Un logiciel a été spécialement développé pour le contrôle de la navigation et le déclenchement des tirs de la source sismique en utilisant des récepteurs GPS différentiel (dGPS) sur le bateau et à l?extrémité de chaque flûte. Ceci permet de positionner les instruments avec une précision de l?ordre de 20 cm. Pour tester notre système, nous avons choisi une zone sur le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, où passe la faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine. Deux campagnes de mesures de sismique 3-D y ont été réalisées sur une zone d?environ 1 km2. Les enregistrements sismiques ont ensuite été traités pour les transformer en images interprétables. Nous avons appliqué une séquence de traitement 3-D spécialement adaptée à nos données, notamment en ce qui concerne le positionnement. Après traitement, les données font apparaître différents faciès sismiques principaux correspondant notamment aux sédiments lacustres (Holocène), aux sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), à la Molasse du Plateau, à la Molasse Subalpine de la zone de faille et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. La géométrie 3-D détaillée des failles est visible sur les sections sismiques verticales et horizontales. L?excellente qualité des données et l?interprétation de plusieurs horizons et surfaces de faille montrent le potentiel de cette technique pour les investigations à petite échelle en trois dimensions ce qui ouvre des voies à son application dans les domaines de l?environnement et du génie civil.

Voir le monde à travers les lunettes du métacontraste: un modèle mathématique inspiré de la psychologie sociale

La théorie de l'autocatégorisation est une théorie de psychologie sociale qui porte sur la relation entre l'individu et le groupe. Elle explique le comportement de groupe par la conception de soi et des autres en tant que membres de catégories sociales, et par l'attribution aux individus des caractéristiques prototypiques de ces catégories. Il s'agit donc d'une théorie de l'individu qui est censée expliquer des phénomènes collectifs. Les situations dans lesquelles un grand nombre d'individus interagissent de manière non triviale génèrent typiquement des comportements collectifs complexes qui sont difficiles à prévoir sur la base des comportements individuels. La simulation informatique de tels systèmes est un moyen fiable d'explorer de manière systématique la dynamique du comportement collectif en fonction des spécifications individuelles. Dans cette thèse, nous présentons un modèle formel d'une partie de la théorie de l'autocatégorisation appelée principe du métacontraste. À partir de la distribution d'un ensemble d'individus sur une ou plusieurs dimensions comparatives, le modèle génère les catégories et les prototypes associés. Nous montrons que le modèle se comporte de manière cohérente par rapport à la théorie et est capable de répliquer des données expérimentales concernant divers phénomènes de groupe, dont par exemple la polarisation. De plus, il permet de décrire systématiquement les prédictions de la théorie dont il dérive, notamment dans des situations nouvelles. Au niveau collectif, plusieurs dynamiques peuvent être observées, dont la convergence vers le consensus, vers une fragmentation ou vers l'émergence d'attitudes extrêmes. Nous étudions également l'effet du réseau social sur la dynamique et montrons qu'à l'exception de la vitesse de convergence, qui augmente lorsque les distances moyennes du réseau diminuent, les types de convergences dépendent peu du réseau choisi. Nous constatons d'autre part que les individus qui se situent à la frontière des groupes (dans le réseau social ou spatialement) ont une influence déterminante sur l'issue de la dynamique. Le modèle peut par ailleurs être utilisé comme un algorithme de classification automatique. Il identifie des prototypes autour desquels sont construits des groupes. Les prototypes sont positionnés de sorte à accentuer les caractéristiques typiques des groupes, et ne sont pas forcément centraux. Enfin, si l'on considère l'ensemble des pixels d'une image comme des individus dans un espace de couleur tridimensionnel, le modèle fournit un filtre qui permet d'atténuer du bruit, d'aider à la détection d'objets et de simuler des biais de perception comme l'induction chromatique. Abstract Self-categorization theory is a social psychology theory dealing with the relation between the individual and the group. It explains group behaviour through self- and others' conception as members of social categories, and through the attribution of the proto-typical categories' characteristics to the individuals. Hence, it is a theory of the individual that intends to explain collective phenomena. Situations involving a large number of non-trivially interacting individuals typically generate complex collective behaviours, which are difficult to anticipate on the basis of individual behaviour. Computer simulation of such systems is a reliable way of systematically exploring the dynamics of the collective behaviour depending on individual specifications. In this thesis, we present a formal model of a part of self-categorization theory named metacontrast principle. Given the distribution of a set of individuals on one or several comparison dimensions, the model generates categories and their associated prototypes. We show that the model behaves coherently with respect to the theory and is able to replicate experimental data concerning various group phenomena, for example polarization. Moreover, it allows to systematically describe the predictions of the theory from which it is derived, specially in unencountered situations. At the collective level, several dynamics can be observed, among which convergence towards consensus, towards frag-mentation or towards the emergence of extreme attitudes. We also study the effect of the social network on the dynamics and show that, except for the convergence speed which raises as the mean distances on the network decrease, the observed convergence types do not depend much on the chosen network. We further note that individuals located at the border of the groups (whether in the social network or spatially) have a decisive influence on the dynamics' issue. In addition, the model can be used as an automatic classification algorithm. It identifies prototypes around which groups are built. Prototypes are positioned such as to accentuate groups' typical characteristics and are not necessarily central. Finally, if we consider the set of pixels of an image as individuals in a three-dimensional color space, the model provides a filter that allows to lessen noise, to help detecting objects and to simulate perception biases such as chromatic induction.

Measurement of a Structured Backflow in an Open Small Channel Induced by Surface-Tension Gradients

We present experiments in which the laterally confined flow of a surfactant film driven by controlled surface tension gradients causes the subtended liquid layer to self-organize into an inner upstream microduct surrounded by the downstream flow. The anomalous interfacial flow profiles and the concomitant backflow are a result of the feedback between two-dimensional and three-dimensional microfluidics realized during flow in open microchannels. Bulk and surface particle image velocimetry data combined with an interfacial hydrodynamics model explain the dependence of the observed phenomena on channel geometry.

Relation between plaque type, plaque thickness, blood shear stress, and plaque stress in coronary arteries assessed by X-ray Angiography and Intravascular Ultrasound

Purpose: Atheromatic plaque progression is affected, among others phenomena, by biomechanical, biochemical, and physiological factors. In this paper, the authors introduce a novel framework able to provide both morphological (vessel radius, plaque thickness, and type) and biomechanical (wall shear stress and Von Mises stress) indices of coronary arteries. Methods: First, the approach reconstructs the three-dimensional morphology of the vessel from intravascular ultrasound(IVUS) and Angiographic sequences, requiring minimal user interaction. Then, a computational pipeline allows to automatically assess fluid-dynamic and mechanical indices. Ten coronary arteries are analyzed illustrating the capabilities of the tool and confirming previous technical and clinical observations. Results: The relations between the arterial indices obtained by IVUS measurement and simulations have been quantitatively analyzed along the whole surface of the artery, extending the analysis of the coronary arteries shown in previous state of the art studies. Additionally, for the first time in the literature, the framework allows the computation of the membrane stresses using a simplified mechanical model of the arterial wall. Conclusions: Circumferentially (within a given frame), statistical analysis shows an inverse relation between the wall shear stress and the plaque thickness. At the global level (comparing a frame within the entire vessel), it is observed that heavy plaque accumulations are in general calcified and are located in the areas of the vessel having high wall shear stress. Finally, in their experiments the inverse proportionality between fluid and structural stresses is observed.

Trimmerin kapasiteetin kasvattaminen dynamiikan mallinnuksen avulla

Työn tavoitteena oli kasvattaa sahan dimensiolaitoksella käytettävän trimmerin rakenteellista kapasiteettia. Tavoitteeseen pyrittiin modernisoimalla trimmerin teräyksikköä käyttävää toimilaite ja teräyksikön säätö dynamiikan mallinnuksen avulla. Trimmerin teräyksikön dynamiikka mallinnettiin MATLAB-matematiikkaohjelmistolla kaksiulotteisena kinematiikkamallina ja kolmeulotteisena kinetiikkamallina. Dynamiikkamallien tulosten perusteella valittin teräyksikköä käyttävä toimilaite komponentteineen. Kinetiikkamalliin mallinnettiin trimmeriä käyttävä hydraulipiiri valittuine komponentteineen keskittyneiden paineiden ja puoliempiirisen mallinnuksen periaatteita käyttäen. Teräyksikön työkiertoa säätämään mallinnettiin suljettu takaisinkytketty säätöpiiri. Tuloksien perusteella valittiin optimaalinen toimilaitteen asemointigeometria ja todettiin mallinnetun järjestelmän täyttävän asetetut vaatimukset. Järjestelmää testattiin muuttamalla jarjestelman parametreja ja tutkimalla muutosten vaikutuksia jarjestelman toimintaan. Lisaksi tutkittiin lyhyesti terayksikon rakenteen keventamisen vaikutuksia.

Aortic blood pressure measured via EIT: investigation of different measurement settings.

Electrical impedance tomography (EIT) allows the measurement of intra-thoracic impedance changes related to cardiovascular activity. As a safe and low-cost imaging modality, EIT is an appealing candidate for non-invasive and continuous haemodynamic monitoring. EIT has recently been shown to allow the assessment of aortic blood pressure via the estimation of the aortic pulse arrival time (PAT). However, finding the aortic signal within EIT image sequences is a challenging task: the signal has a small amplitude and is difficult to locate due to the small size of the aorta and the inherent low spatial resolution of EIT. In order to most reliably detect the aortic signal, our objective was to understand the effect of EIT measurement settings (electrode belt placement, reconstruction algorithm). This paper investigates the influence of three transversal belt placements and two commonly-used difference reconstruction algorithms (Gauss-Newton and GREIT) on the measurement of aortic signals in view of aortic blood pressure estimation via EIT. A magnetic resonance imaging based three-dimensional finite element model of the haemodynamic bio-impedance properties of the human thorax was created. Two simulation experiments were performed with the aim to (1) evaluate the timing error in aortic PAT estimation and (2) quantify the strength of the aortic signal in each pixel of the EIT image sequences. Both experiments reveal better performance for images reconstructed with Gauss-Newton (with a noise figure of 0.5 or above) and a belt placement at the height of the heart or higher. According to the noise-free scenarios simulated, the uncertainty in the analysis of the aortic EIT signal is expected to induce blood pressure errors of at least ± 1.4 mmHg.

Kolmiulotteinen visualisointi mikromaailman konenäköjärjestelmässä

Työssä oli tarkoituksena saada toteutettua kolmiulotteiseen visualisointiin soveltuva ohjelmisto mikrokokoluokkaa olevien kappaleiden konenäköjärjestelmään. Työssä jouduttiin myös jatkokehittämään menetelmää kolmiulotteisen kuvan hankkimiseksi yhdellä kameralla mikrokokoisesta kohteesta. Kohteen kolmiulotteisella kuvalla voitaisiin suorittaa automaattista järjestelmäohjausta. Työssä tutkittiin ja selvitettiin laitteistolla saavutettavia tarkkuuksia ja nopeuksia, sen soveltamiseksi esimerkiksi mikromanipulaattorin ohjaamiseen. Lisäksi tutkittiin erilaisia kohteita joissa voitaisiin hyödyntää kolmiulotteista visualisointia. Tällaisia kohteita on kappaleiden laadunvalvonnassa tai niiden tutkimisessa ja esittämisessä. Syvyystiedon keräävällä menetelmällä oli saavutettava riittävä nopeus, jotta sillä voitaisiin tarvittaessa ohjata reaaliaikaisesti toimilaitteita. Menetelmänä käytettiin "Depth from Focusing" -menetelmää, johon VTT:llä oli jo aiemmin kehitetty automaattinen fokusointiohjelmisto. Työn puitteissa suoritettiin laitteisto- ja menetelmäkehitystä järjestelmän nopeuttamiseksi. Visualisoinnin toteuttamisen eri mahdollisuuksia kartoitettiin ja sellainen toteutettiin rakennettuun konenäköjärjestelmään.