Ricostruzione densa di ambienti di grande dimensione

Uno dei principali settori di studio nell’ambito della visione artificiale riguarda lo sviluppo e la continua ricerca di tecniche e metodologie atte alla ricostruzione di ambienti 3D. Una di queste è il Kinect Fusion, la quale utilizza il dispositivo Kinect per catturare ed elaborare informazioni provenienti da mappe di profondità relative a una particolare scena, per creare un modello 3D dell’ambiente individuato dal sensore. Il funzionamento generale del sistema “Kinect Fusion” consiste nella ricostruzione di superfici dense attraverso l’integrazione delle informazioni di profondità dei vari frame all’interno di un cubo virtuale, che a sua volta viene partizionato in piccoli volumi denominati voxel, e che rappresenta il volume della scena che si intende ricostruire. Per ognuno di tali voxel viene memorizzata la distanza (TSDF) rispetto alla superficie più vicina. Durante lo svolgimento di questo lavoro di tesi ci si è concentrati innanzitutto nell’analisi dell’algoritmo Voxel Hashing, una tecnica che mira a rendere l'algoritmo Kinect Fusion scalabile, attraverso una migliore gestione della struttura dati dei voxel allocando questi ultimi all'interno di una tabella di hash solo se strettamente necessario (TSDF inferiore a una soglia). In una prima fase del progetto si è quindi studiato in dettaglio il funzionamento di suddetta tecnica, fino a giungere alla fase della sua implementazione all’interno di un framework di ricostruzione 3D, basato su Kinect Fusion; si è quindi reso il sistema realizzato più robusto tramite l’applicazione di diverse migliorie. In una fase successiva sono stati effettuati test quantitativi e qualitativi per valutarne l'efficienza e la robustezza. Nella parte finale del progetto sono stati delineati i possibili sviluppi di future applicazioni.

Ricostruzione 3D di oggetti ad alto potere diffusivo mediante triangolazione laser

L'obiettivo principale che questa tesi intende perseguire e la progettazione di un sistema di acquisizione 3D a basso costo basato sul metodo di triangolazione a lama laser. A tale scopo si adotterà una telecamera general-purpose, e si provvederà sia alla realizzazione di un prototipo di sistema di attuazione per automatizzare la scansione dell'oggetto, sia all'implementazione di algoritmi per la calibrazione della geometria laser-telecamera, il rilevamento del profilo laser nell'immagine e la sua successiva ricostruzione 3D, tenendo anche conto delle complicazioni che l'uso di oggetti ad alto potere diffusivo apporta a tale problema, a causa dei marcati effetti di subsurface scattering della luce laser. Il sistema di triangolazione sarà validato caratterizzando, mediante il confronto con pezzi di dimensioni note, la precisione e l'accuratezza delle misurazioni, e valutando i tempi di esecuzione degli algoritmi. Inoltre, le prestazioni ed i risultati delle acquisizioni saranno messi a confronto con quelli ottenuti adottando una telecamera high-end dedicata. Lo studio preliminare svolto in questa sede e propedeutico per la futura realizzazione di un sistema per la ricostruzione in camera bianca di protesi d'osso su misura.

Realizzazione di un sistema di ricostruzione 3D su piattaforma mobile.

Porting dell'esecuzione dell'algoritmo KinectFusion su piattaforma mobile (Android).

Confronto di dati volumetrici di neuroimaging RM, acquisiti con differenti sonde a radiofrequenza

Il lavoro di questa tesi si propone di esaminare i dati di immagini cerebrali ricevuti da due differentii bobine RF per l'imaging in risonanza magnetica. La strumentazione utilizzata é: un apparecchio di RMN che utilizza uno scanner a 1.5T (GE Medical System signa HDx 15) e due differenti bobine a radiofrequenza: 1) 8-channel brain phased array coil GE (1.5T HD 8 Channel High Resolution Head Array per il GE HDx MR System); 2) GE Quad HEAD Birdcage Coil. I software utilizzati invece sono stati quattro, due per la segmentazione e la parcellizzazione dei dati dalle acquisizioni di MRI (FSL e Freesurfer), e due per l'analisi dei dati (SPSS e Microsoft Excel). I tool utilizzati di FSL sono stati SIENA, per un'indagine sulla variazione percentile della totalitá del volume cerebrale; SIENAX invece permette una segmentazione di volumi di 6 sotto regioni: sostanza grigia (GREY), sostanza bianca (WHITE), totalitá del cervello (BRAIN), liquor cerebrospinale dei ventricoli (vcsf), scaling volumetrico (vscaling), sostanza grigia periferica (pgrey). Freesurfer invece parcellizza la corteccia cerebrale e segmenta le zone della sostanza grigia profonda cerebrale. Lo scopo ultimo era quello di analizzare come la differenza di segnale acquisito dalle due bobine variasse i risultati delle analisi volumetriche delle immagini e vedere se il t-test evidenziasse variazioni sistematiche. Questa analisi aveva come scopo quello di determinare la possibilità di confrontare i soggetti i cui dati sono stati ottenuti con due bobine differenti. I dati analizzati non hanno evidenziato particolari differenze tra le due bobine, se non per i valori del liquor dei ventricoli che sono risultati variare, verosimilmente, per i processi fisiologici di atrofia della sostanza grigia cerebrale che avvengono nel tempo intercorso tra un'acquisizione e l'altra.

The arcuate fasciculus: an along-tract analysis with white matter probabilistic tractography

Il cervello umano è composto da una rete complessa, formata da fasci di assoni, che connettono le diverse aree cerebrali. Il fascio arcuato collega l’area imputata alla com- prensione del linguaggio con quella dedicata alla sua produzione. Il fascio arcuato è presente in entrambi gli emisferi cerebrali, anche se spesso è utilizzato prevalente- mente il sinistro. In questa tesi sono state valutate, in un campione di soggetti sani, le differenze tra fascio arcuato destro e sinistro, utilizzando la trattografia, metodica avanzata e non invasiva che permette la ricostruzione della traiettoria delle fibre con immagini RM (Risonanza Magnetica) pesate in diffusione. A questo scopo ho utilizzato un algoritmo probabilistico, che permette la stima di probabilità di connessione della fibra in oggetto con le diverse aree cerebrali, anche nelle sedi di incrocio con fibre di fasci diversi. Grazie all’implementazione di questo metodo, è stato possibile ottenere una ricostruzione accurata del fascio arcuato, an- che nell’emisfero destro dove è spesso critica, tanto da non essere possibile con altri algoritmi trattografici. Parametrizzando poi la geometria del tratto ho diviso il fascio arcuato in venti seg- menti e ho confrontato i parametri delle misure di diffusione, valutate nell’emisfero destro e sinistro. Da queste analisi emerge un’ampia variabilità nella geometria dell’arcuato, sia tra diversi soggetti che diversi emisferi. Nell’emisfero destro l’arcuato incrocia maggiormente fibre appartenenti ad altri fasci. Nell’emisfero sinistro le fibre dell’arcuato sono più compatte e si misura anche una maggiore connettività con altre aree del cervello coinvolte nelle funzioni linguistiche. Nella seconda fase dello studio ho applicato la stessa metodica in due pazienti con lesioni cerebrali, con l’obiettivo di testare il danno del fascio arcuato ipsilaterale alla lesione e stimare se nell’emisfero controlaterale si innescassero meccanismi di plastic- ità strutturale. Questa metodica può essere implementata, in un gruppo di pazienti omogenei, per identificare marcatori RM diagnostici nella fase di pianificazione pre- chirurgica e marcatori RM prognostici di recupero funzionale del linguaggio.

Complications associated with the arterial puncture closure device--Angio-Seal

BACKGROUND: Arterial puncture closure devices (APCD) are frequently used after cardiac catheterization. Here, the diagnosis and therapy of femoral artery complications after the use of the Angio-Seal APCD is reported. PATIENTS AND METHODS: The Angio-Seal APCD was deployed in 1600 patients undergoing transfemoral catheterization. RESULTS: In 7 of 1600 cases (0.4%) vascular complications occurred following Angio-Seal deployment. Diagnosis was made by duplex sonography. Intraoperative findings consisted of a complete occlusion with dissection of the femoral artery in all patients. In 6 cases, the femoral bifurcation had to be reconstructed after endarterectomy. Follow-up is complete with a mean of 6 months. CONCLUSION: The Angio-Seal device should not be used for closure of the superficial femoral artery and in patients with severe arteriosclerosis. The application of arteriography as well as the use of ultrasound-guided puncture is advisable. In all cases, surgical intervention was successful and an adequate therapy for management of complications.

RM in der Produktentwicklung – Modelle und Strategien

RM-Verfahren transformieren die Produktentwicklung. Noch ist dies ein zartes Pflänzchen, doch allerorten macht man sich Gedanken wie es zur Blüte zu treiben ist. Dieses Pflänzchen bietet Chancen gerade für Designer, Nischenanbieter und Mittelständler. Wer seinen Markt kennt, kann mit RM schneller, schlanker und vernetzter handeln und mit individuellen Lösungen Massenanbietern entgegentreten – oder diese ergänzen.

Zukunftspotential durch Design und RM

Im Bereich Medical Design spielen eine hohe Funktionalität und eine angenehme Handhabung eine grosse Rolle. In den Engineering-Projekten der Erdmann Design AG werden kühne Ideen in den Raum gesetzt die das Klima für Innovationen fördern. „Innovation entsteht aus elementarer Neugier und Lust auf eine bessere Zukunft“, sagt Raimund Erdmann. „Wir beraten mit unseren Feed Forward Methoden Start-up Firmen, Kleinunternehmen wie auch etliche, börsenkotierte, international aktive Unternehmen. Und das für excellentes Industrial Design, Corporate Design und Design Management“ mit den überzeugenden Möglichkeiten des Rapid Manufacturing.Im Bereich Medical Design spielen eine hohe Funktionalität und eine angenehme Handhabung eine grosse Rolle. In den Engineering-Projekten der Erdmann Design AG werden kühne Ideen in den Raum gesetzt die das Klima für Innovationen fördern. „Innovation entsteht aus elementarer Neugier und Lust auf eine bessere Zukunft“, sagt Raimund Erdmann. „Wir beraten mit unseren Feed Forward Methoden Start-up Firmen, Kleinunternehmen wie auch etliche, börsenkotierte, international aktive Unternehmen. Und das für excellentes Industrial Design, Corporate Design und Design Management“ mit den überzeugenden Möglichkeiten des Rapid Manufacturing.

Analyses of pp60$\sp{{\rm c}-src}$ and epidermal growth factor receptor protein tyrosine kinases in a human colon adenocarcinoma cell line following induction of goblet cell-like characteristics by tumor necrosis factor-alpha

Regulation of colonic epithelial cell proliferation and differentiation remains poorly understood due to the inability to design a model system which recapitulates these processes. Currently, properties of "differentiation" are studied in colon adenocarcinoma cell lines which can be induced to express some, but not all of the phenotypes of normal cells. In this thesis, the DiFi human colon adenocarcinoma cell line is utilized as an in vitro model system in which to study mucin production. In response to treatment with tumor necrosis factor-alpha, DiFi cells acquire some properties of mucin-producing goblet cells including altered morphology, increased reactivity to wheat germ agglutinin, and increased mucin production as determined by RNA expression as well as reactivity with the MUC-1 antibodies, HMFG-1 and SM-3. Thus, TNF-treated DiFi cells represent one of the few in vitro systems in which mucin expression can be induced.^ DiFi cells express an activated pp60$\sp{{\rm c}-src},$ as do most colon adenocarcinomas and derived cell lines, as well as an amplified epidermal growth factor (EGF) receptor. To assess potential changes in these enzymes during induction of differentiation characteristics, potential changes in the levels and activities of these enzymes were examined. For pp60$\sp{{\rm c}-src},$ no changes were observed in protein levels, specific activity of the kinase, cellular localization, or phosphorylation pattern as determined by Staphylococcus aureus V8 protease partial proteolytic mapping after induction of goblet cell-like phenotypic changes. These results suggest that pp60$\sp{{\rm c}-src}$ is regulated differentially in goblet cells than in absorptive cells, as down-modulation of pp60$\sp{{\rm c}-src}$ kinase occurs in the latter. Therefore, effects on pp60$\sp{{\rm c}-src}$ may be critical in colon regulation, and may be important in generating the various colonic epithelial cell types.^ In contrast to pp60$\sp{{\rm c}-src},$ EGF receptor tyrosine kinase activity decreased ($<$5-fold) after TNF treatment and at the time in which morphologic changes were observed. Similar decreases in tyrosine phosphorylation of EGF receptor were observed as assessed by immunoblotting with an anti-phosphotyrosine antibody. In addition, ($\sp{125}$I) -EGF cell surface binding was reduced approximately 3-fold following TNF treatment with a concomitant reduction in receptor affinity ($<$2-fold). These results suggest that modulation of EGF receptor may be important in goblet cell differentiation. In contrast, other published studies have demonstrated that increases in EGF receptor mRNA and in ($\sp{125}$I) -EGF binding accompany differentiation toward the absorptive cell phenotype. Therefore, differential regulation of both EGF receptor and pp60$\sp{{\rm c}-src}$ occur along the goblet cell and absorptive cell differentiation pathways. Thus, my results suggest that TNF-treated DiFi cells represent a unique system in which to study distinct patterns of regulation of pp60$\sp{{\rm c}-src}$ and EGF receptor in colonic cells, and to determine if increased MUC-1 expression is an early event in goblet cell differentiation. ^

A cellular cleavage pathway for the Moloney murine leukemia virus precursor protein, Pr65$\rm\sp{gag}$: Identification of a new viral protein containing CAp30 and NCp10 sequences

The origin and structure of P55$\sp{\rm gag},$ a gag encoded polyprotein lacking the nucleocapsid protein, NCp10, have been explored. Evidence shows that P55$\sp{\rm gag}$ is formed by non-viral proteolytic cleavage of the Moloney murine leukemia virus (MoMuLV)gag precursor protein, Pr65$\sp{\rm gag}.$ P55$\sp{\rm gag}$ is produced in cells infected by a viral protease deletion mutant and by a recombinant murine sarcoma virus known to lack the protease gene, implying that a cellular protease is responsible for the cleavage. Structural and immunological studies show that the protein cleavage site is upstream of the CAp30-NCp10 viral proteolytic junction, implying that P55$\sp{\rm gag}$ lacks the carboxy-terminal residues of CAp30. During the course of studying P55$\sp{\rm gag},$ another protein was discovered, which I named nucleocapsid-related protein(NCRP). NCRP possesses the portion of CAp30 that is lacking in P55$\sp{\rm gag}.$ NCRP possesses antigenic epitopes present in CAp30 and NCp10. NCRP was observed in virus lysates and in nuclear lysates of MoMuLV infected cells; it was not detected in the cytoplasmic fractions of MoMuLV infected cells. Our results indicated that NCRP originates from Pr65$\sp{\rm gag},$ resulting from the same cellular proteolytic cleavage event that produces the viral cellular protein P55$\sp{\rm gag}.$ P55$\sp{\rm gag}$- and NCRP-like proteins also were observed in AKV murine leukemia virus (AKV MuLV) and feline leukemia virus (FeLV) infected cells and in their respective virus particles. The site of cleavage that yields P55$\sp{\rm gag}$ and NCRP is within the carboxy terminus of CAp30, likely within a motif highly conserved among mammalian type C retroviruses. This new motif, called the capsid conserved motif (CCM), overlaps a region containing both a possible bipartite nuclear targeting sequence and a region homologous with the U1 small nuclear ribonucleoprotein 70-kD protein. This domain, when intact, may act as a nuclear targeting sequence for the gag precursor proteins Pr65$\sp{\rm gag}$ and CAp30. Nuclei of cells infected with MoMuLV were examined for the presence of gag proteins. Both Pr65$\sp{\rm gag}$ and CAp30 were detected in the nuclear fraction of MoMuLV, AKV MuLV and FeLV infected cells. P55$\sp{\rm gag}$ was never detected in the nucleus of MoMuLV, AKV MuLV and FeLV infected cells or in their respective virus particles. I propose that NCRP may be involved in sequestering viral genomic RNA for the purposes of encapsidation and intracellular viral genomic RNA dimerization. ^

The unstable (CTG)$\sb{\rm n}$ trinucleotide repeat associated with myotonic dystrophy: What it does and where it came from

Myotonic dystrophy (DM), an autosomal dominant disorder mapping to human chromosome 19q13.3, is the most common neuromuscular disease in human adults.^ Following the identification of the mutation underlying the DM phenotype, an unstable (CTG)$\sb{n}$ trinucleotide repeat in the 3$\prime$ untranslated region (UTR) of a gene encoding a ser/thr protein kinase named DM protein kinase (DMPK), the study was targeted at two questions: (1) the identification of the disease-causing mechanism(s) of the unstable repeat, and at a more basic level, (2) the identification of the origin and the mechanism(s) involved in repeat instability. The first goal was to identify the pathophysiological mechanisms of the (CTG)$\sb{n}$ repeat.^ The normal repeat is transcribed but not translated; therefore, initial studies centered on the effect on RNA transcript levels. The vast majority of DM affecteds are heterozygous for the mutant expansion, so that the normal allele interferes with the analysis of the mutant allele. A quantitative allele-specific RT-PCR procedure was developed and applied to a spectrum of patient tissue samples and cell lines. Equal levels of unprocessed pre-mRNA were determined for the wild type (+) and disease (DM) alleles in skeletal muscle and cell lines of heterozygous DM patients, indicating that any nucleosome binding has no effect at the level of transcriptional initiation and transcription of the mutant DMPK locus. In contrast, processed mRNA levels from the DM allele were reduced relative to the + allele as the size of the expansion increased. The unstable repeat, therefore, impairs post-transcriptional processing of DM allele transcripts. This phenomenon has profound effects on overall DMPK locus steady-state transcript levels in cells missing a wild type allele and does not appear to be mediated by imprinting, decreased mRNA stability, generation of aberrant splice forms, or absence of polyadenylation of the mutant allele.^ In Caucasian DM subjects, the unstable repeat is in complete linkage disequlibrium with a single haplotype composed of nine alleles within and flanking DMPK over a physical distance of 30 kb. A detailed haplotype analysis of the DM region was conducted on a Nigerian (Yoruba) DM family, the only indigenous sub-Saharan DM case reported to date. Each affected member of this family had an expanded (CTG)$\sb{n}$ repeat in one of their DMPK alleles. However, unlike all other DM populations studied thus far, disassociation of the (CTG)$\sb{n}$ repeat expansion from other alleles of the putative predisposing haplotype was found. Thus, the expanded (CTG)$\sb{n}$ repeat in this family was the result of an independent mutational event. Consequently, the origin of DM is unlikely the result of a single mutational event, and the hypothesis that a single ancestral haplotype predisposes to repeat expansion is not compelling. (Abstract shortened by UMI.) ^