Effects of computing parameters and measurement locations on the estimation of 3D NPS in non-stationary MDCT images.

The goal of this study was to investigate the impact of computing parameters and the location of volumes of interest (VOI) on the calculation of 3D noise power spectrum (NPS) in order to determine an optimal set of computing parameters and propose a robust method for evaluating the noise properties of imaging systems. Noise stationarity in noise volumes acquired with a water phantom on a 128-MDCT and a 320-MDCT scanner were analyzed in the spatial domain in order to define locally stationary VOIs. The influence of the computing parameters in the 3D NPS measurement: the sampling distances bx,y,z and the VOI lengths Lx,y,z, the number of VOIs NVOI and the structured noise were investigated to minimize measurement errors. The effect of the VOI locations on the NPS was also investigated. Results showed that the noise (standard deviation) varies more in the r-direction (phantom radius) than z-direction plane. A 25 × 25 × 40 mm(3) VOI associated with DFOV = 200 mm (Lx,y,z = 64, bx,y = 0.391 mm with 512 × 512 matrix) and a first-order detrending method to reduce structured noise led to an accurate NPS estimation. NPS estimated from off centered small VOIs had a directional dependency contrary to NPS obtained from large VOIs located in the center of the volume or from small VOIs located on a concentric circle. This showed that the VOI size and location play a major role in the determination of NPS when images are not stationary. This study emphasizes the need for consistent measurement methods to assess and compare image quality in CT.

Reduced microwave losses of YBa2Cu3O7_thin films on electro-optic LiNbO3 crystals

We report on the growth of epitaxial YBa2Cu3O7 thin films on X-cut LiNbO3 single crystals. The use of double CeO2/YSZ buffer layers allows a single in-plane orientation of YBa2Cu3O7, and results in superior superconducting properties. In particular, surface resistance Rs values of 1.4 m¿ have been measured at 8 GHz and 65 K. The attainment of such low values of Rs constitutes a key step toward the incorporation of high Tc materials as electrodes in photonic and acoustic devices.

Recovery of rotators strength after latarjet surgery.

The purposes of this study were to prospectively determine changes in rotator cuff strength before and after surgical shoulder stabilization by Bristow-Latarjet procedure and to better estimate time needed for rotator cuff strength recovery. 20 patients with recurrent anterior posttraumatic shoulder dislocation underwent internal (IR) and external (ER) rotator isokinetic evaluation before and 3, 6 and 21 months after Bristow-Latarjet surgery. In a seated position with 45° of shoulder abduction in the scapular plane, both shoulders were evaluated concentrically with a Con-Trex® isokinetic dynamometer at 180°∙s - 1, 120°∙s - 1 and 60°∙s - 1. 3 months post-surgery, IR and ER strength of the operated shoulder were significantly lower than before surgery ( - 28±20% for IR, - 17±17% for ER) (P<0.05). At 6 and 21 months post-surgery, IR and ER strength were comparable to strength before surgery; strength recovery is seen at 6 months post-surgery with long-term maintenance at 21 months. Given the weakness 3 months post-surgery, return to sports (including overhead and contact sports) should be discussed, and 6 months post-surgery may be a better point for an athlete to resume practicing sports. Isokinetic rotator cuff strength evaluation appears to be relevant in helping to determine the need of continuing strength rehabilitation. Pre-surgical evaluation contributes to the relevance of later comparisons.

Transjugular liver biopsy: prospective evaluation of the angle formed between the hepatic veins and the vena cava main axis and modification of a semi-automated biopsy device in cases of an unfavorable angle.

In cases of transjugular liver biopsies, the venous angle formed between the chosen hepatic vein and the vena cava main axis in a frontal plane can be large, leading to technical difficulties. In a prospective study including 139 consecutive patients who underwent transjugular liver biopsy using the Quick-Core biopsy set, the mean venous angle was equal to 49.6 degrees. For 21.1% of the patients, two attempts at hepatic venous catheterization failed because the venous angle was too large, with a mean of 69.7 degrees. In all of these patients, manual reshaping of the distal curvature of the stiffening metallic cannula, by forming a new mean angle equal to 48 degrees , allowed successful completion of the procedure in less than 10 min.

Comparison of an EMG-based and a stress-based method to predict shoulder muscle forces.

The estimation of muscle forces in musculoskeletal shoulder models is still controversial. Two different methods are widely used to solve the indeterminacy of the system: electromyography (EMG)-based methods and stress-based methods. The goal of this work was to evaluate the influence of these two methods on the prediction of muscle forces, glenohumeral load and joint stability after total shoulder arthroplasty. An EMG-based and a stress-based method were implemented into the same musculoskeletal shoulder model. The model replicated the glenohumeral joint after total shoulder arthroplasty. It contained the scapula, the humerus, the joint prosthesis, the rotator cuff muscles supraspinatus, subscapularis and infraspinatus and the middle, anterior and posterior deltoid muscles. A movement of abduction was simulated in the plane of the scapula. The EMG-based method replicated muscular activity of experimentally measured EMG. The stress-based method minimised a cost function based on muscle stresses. We compared muscle forces, joint reaction force, articular contact pressure and translation of the humeral head. The stress-based method predicted a lower force of the rotator cuff muscles. This was partly counter-balanced by a higher force of the middle part of the deltoid muscle. As a consequence, the stress-based method predicted a lower joint load (16% reduced) and a higher superior-inferior translation of the humeral head (increased by 1.2 mm). The EMG-based method has the advantage of replicating the observed cocontraction of stabilising muscles of the rotator cuff. This method is, however, limited to available EMG measurements. The stress-based method has thus an advantage of flexibility, but may overestimate glenohumeral subluxation.

Whole-mount confocal immunofluorescence of mammalian CNS.

Bright-field wholemount labeling techniques applied to the mammalian central nervous system (CNS) offer advantages over conventional methods based on sections since an immediate and three-dimensional view of the stained components is provided. It thereby becomes possible to survey and count large number of cells and fibers in their natural relationships. The ability of confocal laser scanning microscopy to visualize in one focal plane the fluorescence associated with multiple markers could be most valuable by the availability of reliable wholemount fluorescent techniques. Accordingly, based in our previously published bright-field wholemount protocols [Brain Res. Prot. 2 (1998) 165-173], we have devised an effective immmunofluorescence wholemount procedure. We show that reliable wholemount fluorescent staining can be obtained using isolated complete CNS aged up to rat embryonic day 17, with antibodies penetration in the millimeter range. Examples are shown of preparations in which colocalization can be observed in nerve cells of cytoskeletal and calcium-binding proteins.

Les limites de la fibroscopie [Limits of fibroscopy]

La fibroscopie oesophagienne n'est pas sans poser quelques problèmes : pouvoir optique limité, examen insuffisant de l'hypopharynx et des zones sphinctériennes, manque de sélectivité des biopsies en muqueuse plane, possibilités instrumentales insuffisantes pour la désobstruction alimentaire et l'hémostase. Bien que le fibroscope reste l'instrument de choix pour les examens de routine, l'oesophagoscope rigide doit jouer un rôle déterminant dans le bilan pré-thérapeutique des patients porteurs d'un carcinome epidermoïde « précoce », dans l'extraction des corps étrangers, et dans toutes les situations complexes où l'instrument flexible se révèle insuffisant pour des raisons techniques (biopsie, coloration vitale, désobstruction alimentaire, etc.).

Positive time-frequency distributions based on joint marginal constraints

This correspondence studies the formulation of members ofthe Cohen-Posch class of positive time-frequency energy distributions.Minimization of cross-entropy measures with respect to different priorsand the case of no prior or maximum entropy were considered. It isconcluded that, in general, the information provided by the classicalmarginal constraints is very limited, and thus, the final distributionheavily depends on the prior distribution. To overcome this limitation,joint time and frequency marginals are derived based on a "directioninvariance" criterion on the time-frequency plane that are directly relatedto the fractional Fourier transform.

Photocatalytic oxidation of humic substances and lignins in aqueous solutions

Tässä tutkimuksessa tarkastellaan kahden yleisen, veden ympäristökuormitusta aiheuttavan kemikaaliryhmän, ligniinin ja humusaineiden, fotokatalyyttistahapetusta (photocatalytic oxidation, PCO) vesiliuoksessa. Fotokatalyyttina käytettiin titaanidioksidia, jota säteilytettiin ultraviolettivalolla. Työssä selvitettiin useiden eri olosuhdeparametrien vaikutusta fotokatalyysiin. Tutkittavia parametreja olivat mm. kontaminanttien alkukonsentraatio, pH, vetyperoksidilisäys, rauta-ionien lisäys, fotokatalyysimenetelmä, fotokatalyytin pintakonsentraatioja titaanidioksidin määrä lasisissa mikropartikkeleissa. Ultraviolettivalon lähteinä käytettiin sekä keinovaloa että auringonvaloa. Katalyytin kantoaineena käytettiin huokoisia lasisia mikropartikkeleita, joiden pintaan kiinnittynyt titaanidioksidi pystyi hyvin vähentämään kontaminanttien määrää vedessä. Fotokatalyysin tehokkuus kasvoi humusaine- ja ligniinikonsentraatioiden kasvaessa. Korkeimmat hapetustehokkuudet kumallakin kontaminantilla saavutettiin neutraaleissa jalievästi emäksisissä olosuhteissa huolimatta siitä, että paras adsorboituminen tapahtui happamissa olosuhteissa. Tämän perusteella voidaan olettaa, että humusaineiden ja ligniinin hapetus tapahtuu pääosin radikaalimekanismilla. Vetyperoksidin lisääminen humusaineliuokseen lisäsi hapettumisnopeutta, vaikka näennäinen hapetustehokkuus ei muuttunut. Tämän perusteella vetyperoksidi hapetti myös humusaineita referenssinäytteessä. Ligniinin fotokatalyyttinen hapettuminen parani vetyperoksidilisäyksellä happamissa olosuhteissa johtuen lisääntyneestä OH-radikaalien muodostumisesta. Ligniini ei hapettunut vetyperoksidilla, jos fotokatalyyttiä ei¿ollut läsnä. Rauta-ionit eivät lisänneet humushappojen fotokatalyyttistähapettumista, mutta Fe2+-ionien lisäys aina konsentraatioon 0.05 mM johti ligniinin hapettumistehokkuuden voimakkaaseen kasvuun. Rauta-ionikonsentraation kasvattaminen edelleen johti ligniinin hapetustehokkuuden alenemiseen.

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.

Fatigue Analysis of Welded Cruciform Joints with Cold Laps

Työssä on tutkittu vetojännityskuormituksen alaisena olevien hitsattujen kuormaa kantamattomien X-liitosten hitsin paikallisen geometrian variaation vaikutusta väsymislujuuteen. Muuttujina olivat reunan pyöristyssäde, kylmäjuoksun suuruus ja kylkikulma. Geometristen muuttujien parametrinen riippuvuussuhde on analysoitu usealla elementtimallilla. Väsymistarkastelu on suoritettu käyttämällä lineaaris-elastista murtumismekaniikkaa (LEFM) tasovenymätilassa ja materiaalina terästä. Särönkasvun suunnan ennustamisessaon käytetty maksimipääjännityskriteeriä sekä jännitysintensiteettikertoimet on määritetty J-integraalilla. Särön ydintymisvaihetta ei ole otettu huomioon. Rakenteen on oletettu olevan hitsatussa tilassa ja jännitysheilahdus on kokonaan tehollinen. Särön kasvunopeuden ennustamiseen on käytetty Paris'n lakia. Väsymislujuustulokset on esitetty karakteristisina väsymisluokkina (FAT) ja sovitettu parametriseksi yhtälöksi. Lopuksi väsymisanalyysin ennustamia tuloksia on verrattu saatavilla oleviin väsytystestituloksiin.

Verkkovaihtosuuntaajan vektorisäädön toteutus FPGA-piirillä

Verkkovaihtosuuntaajalla pystytään muuntamaan tasajännite vaihtojännitteeksi ja päinvastoin. Verkkovaihtosuuntaajan toiminta perustuu tehokytkinten ohjaukseen ja sopivan modulointimenetelmän käyttöön. Vektorisäädössä vaihtosuuntaajanvirrat ja jännitteet esitetään kompleksitasossa, jolloin virta- ja jännitekomponentit voidaan esittää vektoreina. Vektorisäädössä verkkovaihtosuuntaajan ohjaustoteutetaan laskemalla kompleksitasossa vektoreille arvot, jotka tuottavat vaihtosuuntaajan lähtöön halutun vektorin. Koska FPGA-piirit mahdollistavat nopean rinnakkaisen laskennan, soveltuvat ne hyvin vektorisäädön toteuttamiseen. FPGA-piirien rakenteesta johtuen on säätöjärjestelmän suunnittelussa huomioitava kiinteän pilkun lukujen riittävä bittileveys ja järjestelmän diskretointiaika. Työssä suunnitellaan verkkovaihtosuuntaajan vektorisäätö ja tutkitaan bittileveyden vaikutusta säädön toteuttamiseen FPGA-piirillä. Bittileveyden tarkasteluun esitetään käytettäväksi tilastollisia menetelmiä. Työssä tarkastellaan kiinteän pilkun järjestelmän ja liukulukujärjestelmän erosuureen tilastollisia tunnusmerkkejä sekä histogrammia. Tarkasteluissa huomattiin, että maksimivirhe itsessään ei tarjoa riittävästi tietoa erosuureen jakautumisesta. Näin ollen maksimivirhe ei ole kaikissa tilanteissa sovelias menetelmä riittävän bittitarkkuuden määrittämiseen. Työssä esitetään riittävän bittitarkkuuden määrittelemiseen käytettäväksi otossuureista otosvarianssia, keskipoikkeamaa ja vaihteluväliä.

Cutting of Frozen Wood

The objective of this master's thesis was to develop a system for measuring the cutting forces of frozen wood. In northern parts of the world cuttingof frozen wood is one of the major problem. During winter and early spring the temperature inside the wood cells will fall below Zero degrees that strongly influences on the properties of the wood. These variations of properties will effects on the blade nomenclature while cutting the frozen wood. However the end results will cause uneven cutting forces. Cutting forces, Chip formation, wearing of the blade and the quality of the machined surface are difficult task. In this project we are attempting to find the variation of cutting forces and properties of frozen wood at four different temperatures (-20 , -10, 0 and + 10 degrees). The linear planning machine was used for measuring the cuttingforces. The cutting was done parallel to the long axis of wood due to the nature of pine wood and the structure of the plane. A considerable amount of work andtime was used for collecting and processing the numerical information from the sensors of the measuring system. There were some alterations suggested to the construction of the plane and the sensor system.

Levylämmönsiirtimen mitoitus ja optimointi erityisesti lämpöpumpuissa

Työn tavoitteena on laatia käsikirjamainen läpileikkaus levylämmönsiirtimen rakenteesta ja käytöstä lämpöpumppulaitteistoissa. Kylmäprosessin tarkastelun lisäksi on eri lähteistä haettu yhtälöitä lämmönsiirron ja painehäviönlaskentaan. Lähdeaineistona on käytetty lämmönsiirron oppikirjoja, joiden lisäksi on käyty läpi suuri joukko tieteellisen tutkimuksen julkaisemia tutkimusraportteja levylämmönsiirtimen mitoituksesta erilaisissa käyttökohteissa. Oppikirjoissa ei ole esitetty varsinaisesti levylämmönsiirtimen laskentamenetelmiä, vaan niissä esitetään lämmönsiirron perusyhtälöt. Varsinainen lämmönsiirtolevyprofiilin laskentaan perustuva lähdeaineisto on löytynyt lämmönsiirtoon erikoistuneista julkaisuista. Lämmönsiirto tapahtuu aina kuumemmasta kylmempään tilaan. Lämmönsiirto eri virtausaineiden välillä toteutetaan lämmönsiirtimien avulla. Lämmönsiirrintyyppejä on olemassa lukuisia, joista yksi yleisesti käytetty tyyppi on levylämmönsiirrin. Tässä konstruktiossa on mahdutettu paljon lämmönsiirtopintaa ulkomitoiltaan pieneen tilaan. Tämä siirrintyyppi on eduksi silloin, kun virtaavat aineet ovat puhtaita ja niillä ei ole likaavaa vaikutusta lämmönsiirtopinnoille. Lämpöpumpulla tarkoitetaan laitetta, jolla voidaan käyttää hyödyksi lämmönlähteen matalaa lämpötilatasoa nostamalla lämpötilatasoa kompressorin puristustyön avulla korkeampaan lämpötilatasoon. Lämpöpumppulaitteiston toiminta perustuu kylmäprosessin toimintaan. Kylmäprosessin läpikäynti auttaa lukijaa hahmottamaan, millainen prosessi on kysymyksessä ja mitä komponentteja liittyy kylmäprosessiin. Tässä diplomityössä esitetyt yhtälöt antavat suuntaa, millä tavalla levylämmönsiirtimien ominaisuuksia voidaan laskea ja mitkä tekijät vaikuttavat siirtimien mitoittamiseen. Tarkemmat vaihdinkohtaiset laskentakorrelaatiot muotoutuvat vasta sitten, kun valmis tuote on testattu laboratorio-olosuhteissa ja siitä on saatu lämpötila-, virtaus- ja painesuhteet selville. Tämän jälkeen voidaan mittaustuloksiin perustuen rakentaa matemaattinen malli, jolla laskennallisesti määritelläänvaihtimien ominaisuudet. Lisäksi on esitetty yleisiä tapoja, joilla voidaan määritellä lämmönsiirtimien lämpöpintoja.

MOCVD growth andproperties of GaN and AlGaN layers

In this work GaN and AlGaN layers were grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) on sapphire substrates. The research was carried out at Micro and Nanoscience Laboratory of Helsinki University of Technology. The objective of this thesis is the study of MOCVD technique for the growth of GaN and AlGaN films and optimization of growth parameters in purpose to improve crystal quality of the films. The widely used two-step and the new multistep methods have been used for GaN, AlGaN MOCVD growth on c-plane sapphire. Properties of the GaN and AlGaN layers were studied using in-situ reflectance monitoring during MOCVD growth, atomic force microscopy and x-ray diffraction. Compared to the two step method, the multistep method has produced even better qualities of the GaN and AlGaN layers and significant reduction of threading dislocation density.