Localization of a Bose-Einstein condensate in a bichromatic optical lattice

By direct numerical simulation of the time-dependent Gross-Pitaevskii equation, we study different aspects of the localization of a noninteracting ideal Bose-Einstein condensate (BEC) in a one-dimensional bichromatic quasiperiodic optical-lattice potential. Such a quasiperiodic potential, used in a recent experiment on the localization of a BEC, can be formed by the superposition of two standing-wave polarized laser beams with different wavelengths. We investigate the effect of the variation of optical amplitudes and wavelengths on the localization of a noninteracting BEC. We also simulate the nonlinear dynamics when a harmonically trapped BEC is suddenly released into a quasiperiodic potential, as done experimentally in a laser speckle potential. We finally study the destruction of the localization in an interacting BEC due to the repulsion generated by a positive scattering length between the bosonic atoms. © 2009 The American Physical Society.

Two-wavelength whole-field interferometry setup for thermal lens study

In this paper we present a new approach for thermal lens analysis using a two-wavelength DSPI (Digital Speckle Pattern Interferometry) setup for wavefront sensing. The employed geometry enables the sensor to detect wavefronts with small phase differences and inherent aberrations found in induced lenses. The wavefronts was reconstructed by four-stepping fringe evaluation and branch-cut unwrapping from fringes formed onto a diffusive glass. Real-time single-exposure contour interferograms could be obtained in order to get discernible and low-spacial frequency contour fringes and obtain low-noise measurements. In our experiments we studied the thermal lens effect in a 4% Er-doped CaO-Al2O3 glass sample. The diode lasers were tuned to have a contour interval of around 120 μm. The incident pump power was longitudinally and collinearly oriented with the probe beams. Each interferogram described a spherical-like wavefront. Using the ABCD matrix formalism we obtained the induced lens dioptric power from the thermal effect for different values of absorbed pump power. © 2012 Copyright SPIE.

Avaliação de cardiotoxicidade subclínica tardia em pacientes com diagnóstico prévio de linfoma não Hodgkin tratados com antraciclinas

Pós-graduação em Fisiopatologia em Clínica Médica - FMB

Avaliação de cardiotoxicidade subclínica tardia em pacientes com diagnóstico prévio de linfoma não Hodgkin tratados com antraciclinas

Pós-graduação em Fisiopatologia em Clínica Médica - FMB

REALISTIC IVUS IMAGE GENERATION IN DIFFERENT INTRALUMINAL PRESSURES

Intravascular ultrasound (IVUS) phantoms are important to calibrate and evaluate many IVUS imaging processing tasks. However, phantom generation is never the primary focus of related works; hence, it cannot be well covered, and is usually based on more than one platform, which may not be accessible to investigators. Therefore, we present a framework for creating representative IVUS phantoms, for different intraluminal pressures, based on the finite element method and Field II. First, a coronary cross-section model is selected. Second, the coronary regions are identified to apply the properties. Third, the corresponding mesh is generated. Fourth, the intraluminal force is applied and the deformation computed. Finally, the speckle noise is incorporated. The framework was tested taking into account IVUS contrast, noise and strains. The outcomes are in line with related studies and expected values. Moreover, the framework toolbox is freely accessible and fully implemented in a single platform. (E-mail: fernando.okara@gmail.com) (c) 2012 World Federation for Ultrasound in Medicine & Biology.

New Equation for Prediction of Reverse Remodeling after Cardiac Resynchronization Therapy

Objectives: To integrate data from two-dimensional echocardiography (2D ECHO), three-dimensional echocardiography (3D ECHO), and tissue Doppler imaging (TDI) for prediction of left ventricular (LV) reverse remodeling (LVRR) after cardiac resynchronization therapy (CRT). It was also compared the evaluation of cardiac dyssynchrony by TDI and 3D ECHO. Methods: Twenty-four consecutive patients with heart failure, sinus rhythm, QRS = 120 msec, functional class III or IV and LV ejection fraction (LVEF) = 0.35 underwent CRT. 2D ECHO, 3D ECHO with systolic dyssynchrony index (SDI) analysis, and TDI were performed before, 3 and 6 months after CRT. Cardiac dyssynchrony analyses by TDI and SDI were compared with the Pearson's correlation test. Before CRT, a univariate analysis of baseline characteristics was performed for the construction of a logistic regression model to identify the best predictors of LVRR. Results: After 3 months of CRT, there was a moderate correlation between TDI and SDI (r = 0.52). At other time points, there was no strong correlation. Nine of twenty-four (38%) patients presented with LVRR 6 months after CRT. After logistic regression analysis, SDI (SDI > 11%) was the only independent factor in the prediction of LVRR 6 months of CRT (sensitivity = 0.89 and specificity = 0.73). After construction of receiver operator characteristic (ROC) curves, an equation was established to predict LVRR: LVRR =-0.4LVDD (mm) + 0.5LVEF (%) + 1.1SDI (%), with responders presenting values >0 (sensitivity = 0.67 and specificity = 0.87). Conclusions: In this study, there was no strong correlation between TDI and SDI. An equation is proposed for the prediction of LVRR after CRT. Although larger trials are needed to validate these findings, this equation may be useful to candidates for CRT. (Echocardiography 2012;29:678-687)

Early Diagnosis of Myocardial Dysfunction in Patients With Hematological Malignancies Submitted to Chemotherapy. Preliminary Results.

Early Diagnosis of Miocardial Dysfunction in Patients with Hematological Malignancies Submitted to Chemotherapy. Preliminary Background: Considering the current diagnostic improvements and tl1erapeutic approaches, patients witl 1 cancer can now be healed or keep the disease under control, still, the chemotherapy may cause heart damage, evolving to Congestive Heart Failure. Recognition of those changes increases the chances of control the endpoints; hence, new parameters of cardiac and fluid mechanics analysis have been used to assess the myocardial function, pursuing an earlier diagnosis of the cardiac alterations. This study aimed to detect early cardiac dysfunction consequently to chemotherapy in patients with hematological malignancies (HM). Methods: Patients with leukemia and lymphoma, submitted to chemotherapy, without knowing heart diseases were studied. Healthy volunteers served as the control group. Conventional 2DE parameters of myocardial function were analyzed. The peak global longitudinal, circumferential and radial left ventricular (LV) strain were deternined by 2D and 3D speckle tracking (STE); peak area strain measured by 3D STE and LV torsionn, twisting rate, recoil / recoil rate assessed by 2D STE. The LV vortex formation time (VFT) during the rapid diastolic filling was estimated by the 2D mitral valve (MV) planimetry and Pulsed Doppler LV inflow by: VFT- 4(1-β) / π x α3 x LVEF Where 1- β is the E wave contribution to the LV stroke volume and α3 is a volumetric variable related to the MV area. The statistical level was settled on 5%. Results: See Table. Conclusion: Despite the differences between the two groups concerning the LVESV, LVEF and E´, those parameters still are in the normal range when considering the patients submitted to chemotherapy; thus, in the clinical setting, they are not so noticeable. The 3D GLS was smaller among the patients, oppositely to the 2D GLS, suggesting that the former variable is more accurate to assess tlhe LV systolic function. The VFT is a dimensionless measure of the optimal vortex development inside the LV chamber; reflecting the efficiency of the diastolic filling and, consequently, blood ejection. This index showed to be diminished in patients with HM submitted to chemotherapy, indicating an impairment of the in1pulse and thrust, hence appearing to be a very early marker of diastolic and systolic dysfunction in this group.

Dynamical speckles patterns of action potential transmission effects in squid giant axon membrane.

Undoubtedly the most important result of the investigations in physiology and biophysics was the discovery of the electrochemical mechanism of propagation of the action potential in nerves that was made by Hodgkin and Huxley during the first half of the past century. Since some decades ago diverse experiments about the electro optical properties of the axon membrane there was published using the most diverse optical experimental ‘procedures POT 6-10’. In this paper some results of a dynamical speckle technique applied for obtaining microscopic images of a section of a squid giant axon membrane during the activation by electrical impulses and his digital process are presented.

La PCA per la riduzione dei dati di SPHERE IFS

Nel primo capitolo di questa tesi viene presentata una panoramica dei principali metodi di rivelazione degli esopianeti: il metodo della Velocità Radiale, il metodo Astrometrico, il metodo del Pulsar Timing, il metodo del Transito, il metodo del Microlensing ed infine il metodo del Direct Imaging che verrà approfondito nei capitoli successivi. Nel secondo capitolo vengono presentati i principi della diffrazione, viene mostrato come attenuare la luce stellare con l'uso del coronografo; vengono descritti i fenomeni di aberrazione della luce provocati dalla strumentazione e dagli effetti distorsivi dell'atmosfera che originano le cosiddette speckle; vengono poi presentate le moderne soluzioni tecniche come l'ottica attiva e adattiva, che hanno permesso un considerevole miglioramento della qualità delle osservazioni. Nel terzo capitolo sono illustrate le tecniche di Differential Imaging che permettono di rimuovere efficacemente le speckle e di migliorare il contrasto delle immagini. Nel quarto viene presentata una descrizione matematica della Principal Component Analysis (Analisi delle Componenti Principali), il metodo statistico utilizzato per la riduzione dei dati astronomici. Il quinto capitolo è dedicato a SPHERE, lo strumento progettato per il Very Large Telescope (VLT), in particolare viene descritto il suo spettrografo IFS con il quale sono stati ottenuti, nella fase di test, i dati analizzati nel lavoro di tesi. Nel sesto capitolo vengono mostrate le procedure di riduzione dati e l'applicazione dell'algoritmo di IDL LA_SVD che applica la Principal Component Analysis e ha permesso, analogamente ai metodi di Differenzial Imaging visti in precedenza, di rimuovere le speckle e migliorare il contrasto delle immagini. Nella parte conclusiva, vengono discussi i risultati.

Tecniche ecocardiografiche per lo studio degli effetti cardiotossici della chemioterapia

Scopo della tesi è illustrare l’evoluzione delle tecniche ecocardiografiche relativamente alla diagnosi precoce della cardiotossicità. L’elaborato espone le modalità di imaging ecocardiografico che vengono utilizzate per diagnosticare la cardiotossicità a partire dall’ecocardiografia bidimensionale, fino alle tecniche tridimensionali con acquisizione in tempo reale, attualmente in evoluzione. Si analizzano le varie tecniche diagnostiche rese disponibili dall’esame ecocardiografico: ecocardiografia a contrasto, doppler ad onda continua e pulsata e color doppler, e i metodi e le stime attraverso i quali è possibile quantificare i volumi cardiaci, indici della funzionalità del miocardio. La frazione di eiezione è infatti stata, fino ad ora, il parametro di riferimento per la verifica di lesioni cardiache riportate a seguito di terapia antitumorale. La cardiotossicità viene riscontrata per riduzioni dei valori della frazione di eiezione da ≥5% a <55% con sintomi di scompenso cardiaco e riduzione asintomatica da ≥10% al 55%. Tuttavia, l’osservazione di questo parametro, permette di quantificare il danno riportato quando ormai ha avuto ripercussioni funzionali. In campo clinico, si sta imponendo, al giorno d’oggi, l’analisi delle deformazioni cardiache per una valutazione precoce dell’insorgenza della cardiotossicità. Lo studio delle deformazioni cardiache viene effettuato tramite una nuova tecnica di imaging: l’ecocardiografia speckle tracking (STE), che consente un’analisi quantitativa e oggettiva, poiché indipendente dall’angolo di insonazione, della funzionalità miocardica sia globale sia locale, analizzando le dislocazioni spaziali degli speckles, punti generati dall’interazione tra ultrasuoni e fibre miocardiche. I parametri principali estrapolati dall’indagine sono: deformazione longitudinale, deformazione radiale e deformazione circonferenziale che descrivono la meccanica del muscolo cardiaco derivante dall’anatomia delle fibre miocardiche. La STE sviluppata inizialmente in 2D, è disponibile ora anche in 3D, permettendo la valutazione del vettore delle dislocazioni lungo le tre dimensioni e non più limitatamente ad un piano. Un confronto tra le due mostra come nella STE bidimensionale venga evidenziata una grande variabilità nella misura delle dislocazioni mentre la 3D mostra un pattern più uniforme, coerente con la normale motilità delle pareti cardiache. La valutazione della deformazione longitudinale globale (GLS), compiuta tramite ecocardiografia speckle tracking, viene riconosciuta come indice quantitativo della funzione del ventricolo sinistro le cui riduzioni sono predittive di cardiotossicità. Queste riduzioni vengono riscontrate anche per valori di frazioni di eiezione normale: ne risulta che costituiscono un più efficace e sensibile indicatore di cardiotossicità e possono essere utilizzate per la sua diagnosi precoce.

L'informazione di fase per la segmentazione volumetrica di dati ecocardiografici

L’imaging ad ultrasuoni è una tecnica di indagine utilizzata comunemente per molte applicazioni diagnostiche e terapeutiche. La tecnica ha numerosi vantaggi: non è invasiva, fornisce immagini in tempo reale e l’equipaggiamento necessario è facilmente trasportabile. Le immagini ottenute con questa tecnica hanno tuttavia basso rapporto segnale rumore a causa del basso contrasto e del rumore caratteristico delle immagini ad ultrasuoni, detto speckle noise. Una corretta segmentazione delle strutture anatomiche nelle immagini ad ultrasuoni è di fondamentale importanza in molte applicazioni mediche . Nella pratica clinica l’identificazione delle strutture anatomiche è in molti casi ancora ottenuta tramite tracciamento manuale dei contorni. Questo processo richiede molto tempo e produce risultati scarsamente riproducibili e legati all’esperienza del clinico che effettua l’operazione. In ambito cardiaco l’indagine ecocardiografica è alla base dello studio della morfologia e della funzione del miocardio. I sistemi ecocardiografici in grado di acquisire in tempo reale un dato volumetrico, da pochi anni disponibili per le applicazioni cliniche, hanno dimostrato la loro superiorità rispetto all’ecocardiografia bidimensionale e vengono considerati dalla comunità medica e scientifica, la tecnica di acquisizione che nel futuro prossimo sostituirà la risonanza magnetica cardiaca. Al fine di sfruttare appieno l’informazione volumetrica contenuta in questi dati, negli ultimi anni sono stati sviluppati numerosi metodi di segmentazione automatici o semiautomatici tesi alla valutazione della volumetria del ventricolo sinistro. La presente tesi descrive il progetto, lo sviluppo e la validazione di un metodo di segmentazione ventricolare quasi automatico 3D, ottenuto integrando la teoria dei modelli level-set e la teoria del segnale monogenico. Questo approccio permette di superare i limiti dovuti alla scarsa qualità delle immagini grazie alla sostituzione dell’informazione di intensità con l’informazione di fase, che contiene tutta l’informazione strutturale del segnale.

Studio preliminare per olografia digitale

La tecnica olografica venne introdotta nel 1948 da Denis Gabor. Creò la parola holography combinando tra loro le parole greche holos, che vuol dire tutto, e graphein, che invece vuol dire scrivere. Con il termine olografia si intende le registrazione e la ricostruzione dell'ampiezza e della fase di un'onda. La prima si ricava dalle informazioni contenute nell'intensità delle frange luminose che costituiscono l'immagine di diffrazione, mentre la seconda si ottiene dalla distanza delle stesse. L'immagine di diffrazione non è altro che il prodotto dell'interferenza tra l'onda oggetto e l'onda di riferimento, che viene registrato solitamente su una lastra olografica o una pellicola, che si presenta come un susseguirsi di frange chiare e scure molto sottili, tanto da non essere visibili a occhio nudo a causa delle alte frequenze spaziali. Questa immagine riproduce l'oggetto se illuminato con un fascio luminoso simile all'onda di riferimento. Negli anni a seguire si sviluppò molto velocemente la tecnologia alla base dei computer che permise di trasferire sia il processo di registrazione che quello di ricostruzione su tali dispositivi. Un passo avanti venne fatto con l’introduzione dei Charged Coupled Devices (CCD) nella registrazione diretta di ologrammi, ad opera di Schnars e Juptner, con i quali venne eliminato definitivamente ogni tipo di passaggio fotografico intermedio. L'intero procedimento numerico di registrazione e ricostruzione venne riconosciuto in seguito come Olografia Digitale, e i suoi vantaggi rispetto all'olografia ottica erano ben chiari e ne permisero un largo impiego: dall'interferometria alla shearografia alla fotografia speckle. Questa tesi ha l'obiettivo di mostrare un'applicazione dell'olografia ottica e di infine tentare un primo approccio all'olografia digitale per mezzo di acquisizioni di figure di diffrazione attraverso un CCD e di simulazioni di generazione e ricostruzione di ologrammi su dispositivi elettronici.

Estimation of scots pine defoliation by the common pine sawfly (Diprion pini L.) using multi-temporal radar data

In 1998-2001 Finland suffered the most severe insect outbreak ever recorded, over 500,000 hectares. The outbreak was caused by the common pine sawfly (Diprion pini L.). The outbreak has continued in the study area, Palokangas, ever since. To find a good method to monitor this type of outbreaks, the purpose of this study was to examine the efficacy of multi-temporal ERS-2 and ENVISAT SAR imagery for estimating Scots pine (Pinus sylvestris L.) defoliation. Three methods were tested: unsupervised k-means clustering, supervised linear discriminant analysis (LDA) and logistic regression. In addition, I assessed if harvested areas could be differentiated from the defoliated forest using the same methods. Two different speckle filters were used to determine the effect of filtering on the SAR imagery and subsequent results. The logistic regression performed best, producing a classification accuracy of 81.6% (kappa 0.62) with two classes (no defoliation, >20% defoliation). LDA accuracy was with two classes at best 77.7% (kappa 0.54) and k-means 72.8 (0.46). In general, the largest speckle filter, 5 x 5 image window, performed best. When additional classes were added the accuracy was usually degraded on a step-by-step basis. The results were good, but because of the restrictions in the study they should be confirmed with independent data, before full conclusions can be made that results are reliable. The restrictions include the small size field data and, thus, the problems with accuracy assessment (no separate testing data) as well as the lack of meteorological data from the imaging dates.

Utilizing Gaussian-Schell model beams to mitigate atmospheric turbulence in free space optical communications / by Kyle R. Drexler.

Turbulence affects traditional free space optical communication by causing speckle to appear in the received beam profile. This occurs due to changes in the refractive index of the atmosphere that are caused by fluctuations in temperature and pressure, resulting in an inhomogeneous medium. The Gaussian-Schell model of partial coherence has been suggested as a means of mitigating these atmospheric inhomogeneities on the transmission side. This dissertation analyzed the Gaussian-Schell model of partial coherence by verifying the Gaussian-Schell model in the far-field, investigated the number of independent phase control screens necessary to approach the ideal Gaussian-Schell model, and showed experimentally that the Gaussian-Schell model of partial coherence is achievable in the far-field using a liquid crystal spatial light modulator. A method for optimizing the statistical properties of the Gaussian-Schell model was developed to maximize the coherence of the field while ensuring that it does not exhibit the same statistics as a fully coherent source. Finally a technique to estimate the minimum spatial resolution necessary in a spatial light modulator was developed to effectively propagate the Gaussian-Schell model through a range of atmospheric turbulence strengths. This work showed that regardless of turbulence strength or receiver aperture, transmitting the Gaussian-Schell model of partial coherence instead of a fully coherent source will yield a reduction in the intensity fluctuations of the received field. By measuring the variance of the intensity fluctuations and the received mean, it is shown through the scintillation index that using the Gaussian-Schell model of partial coherence is a simple and straight forward method to mitigate atmospheric turbulence instead of traditional adaptive optics in free space optical communications.

Statistics of the received power for free space optical channels

Free space optical (FSO) communication links can experience extreme signal degradation due to atmospheric turbulence induced spatial and temporal irradiance fuctuations (scintillation) in the laser wavefront. In addition, turbulence can cause the laser beam centroid to wander resulting in power fading, and sometimes complete loss of the signal. Spreading of the laser beam and jitter are also artifacts of atmospheric turbulence. To accurately predict the signal fading that occurs in a laser communication system and to get a true picture of how this affects crucial performance parameters like bit error rate (BER) it is important to analyze the probability density function (PDF) of the integrated irradiance fuctuations at the receiver. In addition, it is desirable to find a theoretical distribution that accurately models these ?uctuations under all propagation conditions. The PDF of integrated irradiance fuctuations is calculated from numerical wave-optic simulations of a laser after propagating through atmospheric turbulence to investigate the evolution of the distribution as the aperture diameter is increased. The simulation data distribution is compared to theoretical gamma-gamma and lognormal PDF models under a variety of scintillation regimes from weak to very strong. Our results show that the gamma-gamma PDF provides a good fit to the simulated data distribution for all aperture sizes studied from weak through moderate scintillation. In strong scintillation, the gamma-gamma PDF is a better fit to the distribution for point-like apertures and the lognormal PDF is a better fit for apertures the size of the atmospheric spatial coherence radius ρ0 or larger. In addition, the PDF of received power from a Gaussian laser beam, which has been adaptively compensated at the transmitter before propagation to the receiver of a FSO link in the moderate scintillation regime is investigated. The complexity of the adaptive optics (AO) system is increased in order to investigate the changes in the distribution of the received power and how this affects the BER. For the 10 km link, due to the non-reciprocal nature of the propagation path the optimal beam to transmit is unknown. These results show that a low-order level of complexity in the AO provides a better estimate for the optimal beam to transmit than a higher order for non-reciprocal paths. For the 20 km link distance it was found that, although minimal, all AO complexity levels provided an equivalent improvement in BER and that no AO complexity provided the correction needed for the optimal beam to transmit. Finally, the temporal power spectral density of received power from a FSO communication link is investigated. Simulated and experimental results for the coherence time calculated from the temporal correlation function are presented. Results for both simulation and experimental data show that the coherence time increases as the receiving aperture diameter increases. For finite apertures the coherence time increases as the communication link distance is increased. We conjecture that this is due to the increasing speckle size within the pupil plane of the receiving aperture for an increasing link distance.