En cardiologie interventionnelle, le clinicien pourrait bénéficier d'une fusion de deux informations complémentaires provenant d'un scanner CT préopératoire et du flux d'images radiographiques servant au guidage des outils manipulés dans les vaisseaux du patient. Une telle fusion nécessite d'aligner les deux modalités et de construire des correspondances pertinentes. Nous proposons une approche basée sur la préservation de la topologie des structures mises en correspondance par le biais d'un cadre général visant à recaler des courbes ainsi qu'une méthode d'appariement d'arbre. / In interventional cardiology, the clinician can benefit from a fused visualization of a diagnostic pre-operative CT scan and the live X-ray projective images used for the guidance of dedicated tools inside the patient's vasculature. This necessitates to align both modalities and build relevant pairings between them. We have developed a general framework combining a method to register curves with a tree pairing procedure, which is able to preserve the topology of the structures.

L’angioplastie coronarienne est une intervention guidée par rayons X et réalisée par voie endovasculaire qui restaure le diamètre des vaisseaux coronaires réduit par accumulation de corps gras au sein de leurs parois. Lors de cette procédure, un guide est introduit à partir d’une artère qui peut être située au poignet ou au niveau de l’aine. La technique consiste alors à amener dans le vaisseau pathologique un ballonnet gonflable dans la zone rétrécie, localisée grâce à l’injection préalable d’un produit de contraste. Le gonflement du ballonnet élargit l’artère et s’accompagne en général de la pose d’un stent, structure métallique capable de renforcer la paroi. Le geste clinique peut être facilité en intégrant aux images le détail de la nature de la paroi, information disponible avec un scanner 3D. Le but de cette thèse est de proposer une méthode de recalage déformable pour superposer cette information 3D à des images angiographiques 2D per-opératoire en déformant le modèle 3D afin qu’il suive la dynamique cardiaque capturée dans les images angiographiques. Nous introduisons un algorithme de segmentation capable de segmenter automatiquement les vaisseaux principaux dans ces images angiographiques. Ensuite, nous présentons une approche de suivi du vaisseau 3D pathologique dans une séquence 2D+t combinant appariements et déformation d’une courbe spline. Enfin, nous décrivons l’extension au suivi d'un arbre vasculaire 3D, représenté par un arbre dont les arcs sont des courbes splines, dans une séquence 2D+t. Nous avons privilégié les approches applicables avec une seule projection angiographique, bien adapté au déroulement usuel des procédures cliniques. La performance des algorithmes a fait l’objet d’évaluations quantitatives sur des données réelles incluant 30 images pour la segmentation et 23 séquences pour le recalage. / Coronary angioplasty is an X-ray guided intervention, which aims at recovering the diameter of coronary vessels when the accumulation of fat in the vessel wall reduced it. During this procedure, a guide-wire is inserted in the blood vessel located at the wrist or groin. This guide-wire brings into the pathologic vessel a balloon at the level of the fat accumulation, thanks to a previous contrast injection which highlights the lesion. The balloon is inflated and very frequently a thin mesh tube of metallic wires (stent), which is wrapped around the balloon, is then expanded during the balloon inflation. The procedure could benefit from additional information on the nature of the inner wall, available on 3D CT scan. The aim of the thesis is to propose a dynamic registration to superimpose this 3D information onto the intraoperative 2D angiographic sequence, by deforming the 3D model so that it can follow the cardiac motion captured thanks to the angiographic images. We introduce a segmentation algorithm able to automatically segment the main vessels of the angiographic images. Then, we present a tracking approach of the 3D pathologic vessel in a 2D+t sequence combining pairings and the deformation of a spline curve. Finally, we describe the extension to the 3D vascular tree tracking represented by a tree, whose edges are spline curves, in a 2D+t sequence. We favored approaches that are applicable to a single angiographic projection, which is well adapted to the usual process of clinical procedures. All the proposed methods have been tested on real data, consisting of 30 angiographic images for the segmentation algorithm and 23 angiographic sequences for the registration algorithms.

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In the application of stereotactic radiosurgery for treatment of brain tumors it is imperative that patients are positioned with sub-millimetre accuracy so as to not damage surrounding healthy tissue during treatment. We investigate how feasible the technique of digitally reconstructed radiographs is as a registration method for patient positioning in this type of high-accuracy application. In particular, since most registration methods based on said technique only rely on two simultaneous projection angles seldom reaching high enough accuracy, we consider any arbitrary amount and observe its effects on the registration accuracy. Three different approaches are considered for how multiple projections can be combined into one single metric. The results seem to indicate that although computed tomography yields accuracies well within the boundaries for stereotactic radiosurgery, cone beam computed tomography in its current state does not. Possible reasons explaining the difference include problems with reconstruction artifacts in the model and inadequate metrics. / Inom tillämpningen av stereotaktisk strålkirurgi för behandling av hjärntumörer är det absolut nödvändigt att patienter positioneras inom millimeternoggrannhet för att undvika skada hos närliggande vävnad vid behandling. Vi undersöker hur trolig tekniken om digitaliserade återskapande röntgenbilder är som en registreringsmetod för patientpositionering i den här typen av mycket noggranna applikationer. Framförallt betraktas godtyckligt många projektionsvinklar och observerar dess effekt på registreringsnoggrannheten, eftersom de flesta tidigare presenterade registreringsmetoderna endast är baserade på två projektionsvinklar och sällan uppfyller det krav som ställs på noggrannhet. Tre olika tillvägagångssätt betraktas för hur flertalet projektionsvinklar kan kombineras till ett enda avståndsmått. Resultaten verkar tyda på att datortomografi medför noggrannheter väl inom ramen för stereotaktisk strålkirurgi, medan konstråledatortomografi i sitt nuvarande tillstånd inte verkar göra detta. Anledningar till denna olikhet tros vara problem med rekonstruktionsartefakter i modellen och otillräckliga avståndsmått.

Group III-nitride materials have attracted great attention for applications in high efficiency electronic and optoelectronics devices such as high electron mobility transistors, light emitting diodes, and laser diodes. On the other hand, group VI transition metal dichalcogenides (TMDs) in the form of MX2 has recently emerged as a novel atomic layered material system with excellent thermoelectric, electronic and optoelectronic properties. Also, the recent investigations reveal that the dissimilar heterojunctions formed by TMDs and III-nitrides provide the route for novel devices in the area of optoelectronic, electronics, and water splitting applications. In addition, integration of III-nitrides and TMDs will enable high density integrated optoelectronic circuits and the development of hybrid integration technologies. In this work, we have demonstrated kinetically controlled growth processes in plasma assisted molecular beam epitaxy (PAMBE) for the III-nitrides and their engineered heterostructures. Techniques such as Ga irradiation and nitrogen plasma exposure has been utilized to implement bulk GaN, InGaN and their heterostructures in PAMBE. For the growth of III-nitride based heterostructures, the in-situ surface stoichiometry monitoring (i-SSM) technique was developed and used for implementing stepped and compositionally graded InGaN-based multiple quantum wells (MQWs). Their optical and microstrain analysis in conjunction with theoretical studies confirmed improvement in the radiative recombination rate of the graded-MQWs as compared to that of stepped-MQWs, owing to the reduced strain in graded-MQWs. Our achievement also includes the realization of the p-type MoS2 by engineering pristine MoS2 layers in PAMBE. Mainly, Ga and nitrogen plasma irradiation on the pristine MoS2 in PAMBE has resulted in the realization of the p-type MoS2. Also, GaN epitaxial thin layers were deposited on MoS2/c-sapphire, WSe2/c-sapphire substrates by PAMBE to study the band discontinuity at GaN/TMDs heterointerface. The determination of band offset parameters for both GaN/MoS2 and GaN/WSe2 heterostructures revealed realization of type-II band alignment. Also, heterojunctions such as AlGaN/MoS2 is implemented to achieve type-I heterojunction. This work may open up a new avenue towards photonic quantum devices based on the integration of III-nitrides with 2D TMDs.

Syftet med denna studie är att få en tydligare bild över hur former i en 3D-spelmiljö hjälper nybörjarspelare att ta sig vidare i spel. Denna studie utgick ifrån olika typer av forskning och artiklar angående liknande ämnen, från dessa gjordes en studie som baserades på en kvalitativ undersökning där fem testpersoner som aldrig spelat ett Förstapersons skjutspel (FPS-spel) förut fick svara på frågor som handlade om vägval i FPS-spel och sedan spela utvalda spel för att se hur de resonerade när de väl spelade dem. Denna studie utfördes med konstant övervakning för att lättare kunna se hur testspelarna reagerade på formerna i spelen. Den data och statistik som samlades under denna period sammanställdes sedan och medelvärden drogs ut från enkätundersökningen.Analysen av den data som samlades in via både enkätundersökningen och speltestet visade att de spel som undersöktes har en tendens att ha utvalda former placerade upprepade gånger efter den väg spelaren bör ta. Mjuka former är något som används för att leda en spelare; de sticker ut ur en miljö på så sätt att de inte uttrycker någon typ av fara i deras form, och blir därför vägledande. Detta används också repetitivt vilket studien visade vara något som spelarna reagerade på; de visste att de runda formerna tog en spelare vidare i spelvärlden. De slutsatser som kunde dras från denna studie är att även fast vissa former är missledande visar studien att former använts för att vägleda spelare och för att visa möjligheter i form av egen utforskning. De former som mest märkbart leder en spelare i de utvalda spelen är de former som sticker ut ifrån miljön, samt upprepade gånger placeras där spelaren bör gå. Det finns tydliga tecken på att dessa objekt med utstickande visuellt formspråk är placerade för att just visa spelaren vägen.Vägledning med former används i dessa spel och är ett stort hjälpmedel för nybörjarspelare.

Nous présentons dans cette étude nos travaux concernant le recalage 3D/2D d'images de dissection aortique. Son but est de de proposer une visualisation de données médicales, qui pourra servir dans le contexte de l'assistance peropératoire durant les procédures endovasculaires.Pour effectuer cette tâche, nous avons proposé un modèle paramétrique de l'aorte, appelé enveloppe tubulaire. Il sert à exprimer la forme globale et les déformations de l'aorte, à l'aide d'un nombre minimal de paramètres.L'enveloppe tubulaire est utilisée par les algorithmes de recalage proposés dans cette étude.Notre méthode originale consiste à proposer un recalage par calcul direct de la transformation entre image 2D, i.e. sans procéssus d'optimisation, et est appelée recalage par ITD .Les descripteurs, que nous avons définis pour le cas des images d'aorte, permettent de trouver rapidement un alignement grossier des données. Nous proposons également l'extension de notre approche pour la mise en correspondance des images 3Det 2D.La chaîne complète du recalage 3D/2D, que nous présentons dans ce document, est composée de la technique ITD et de méthodes précises iconiques et hybrides. L'intégration de notre algorithme basé sur les descripteurs en tant qu'étape d'initialisation réduit le temps de calcul nécessaire et augmente l'efficacité du recalage, par rapport aux approches classiques.Nous avons testé nos méthodes avec des images médicales, issues de patients trîtés par procédures endovasculaires. Les résultats ont été vérifiés par les spécialistes cliniques et ont été jugés satisfaisants; notre chaine de recalage pourrait ainsi être exploitée dans les salles d'interventions à l'avenir. / In this study, we present our works related to 3D/2D image registrationfor aorti dissition. Its aim is to propose a visualization of medial datawhih an be used by physians during endovas ular proedures.For this purpose, we have proposed a parametrimodel of aorta, alleda Tubular Envelope. It is used to express the global shape and deformationsof the aorta, by a minimal number of parameters. The tubular envelope isused in our image registration algorithms.The registration by ITD (Image Transformation Descriptors) is our ori-ginal method of image alignment : itomputes the rigid 2D transformation between data sets diretly, without any optimization process.We provide thedefinition of this method, as well as the proposition of several descriptors' formulae, in the base of images of aorta. The technique allows us to quickly and a poarse alignment between data. We also propose the extension of theoriginal approach for the registration of 3D and 2D images.The complete chain of 3D/2D image registration techniques, proposedin this document, consists of the ITD stage, followed by an intensity basedhybrid method. The use of our 3D/2D algorithm, based on the image trans-formation descriptors as an initialization phase, reduces the computing timeand improves the efficiency of the presented approach.We have tested our registration methods for the medical images of several patients after endovasular treatment. Results have been approved by our clinical specialists and our approach.We have tested our registration methods for the medical images of several patients after endovascular treatment. Results have been approved by our clinical specialists and our approach may appear in the intervention rooms in the futur.

The area of this work is a combination of draping and printing. It strives towards the technique that dazzles the eye with illusions of more than one dimension. As a viewer you will believe that the prints are real drapings while they are flat surfaces. Today prints in fashion are categorized as placed prints or all-over prints, and generally created as a flat surface to decorate the garments. In this work the idea is to manipulate and challenge the boundaries of print and give it life through the body shapes and in the movement. Potentially this work could be an introduction to a new way of working with prints in fashion. This work could poosibly be presented as a new technique where placed- print and all-over prints comes together- called placed all-over prints. Also, it could develop into further techniques in using two-dimensional flatness and save fabric in using photography as an option to the real three-dimensional drapings. Furthermore could it mean savings in material as a conscious choice in the process ? This investigation explores two particular kinds of techniques, - print and draping, that are merged into one expression. The aims of this work is to find new ways of using print in combination with draping in dress and explore the possibilities to find a new technique to create interesting womenswear. To unite dimensions like two-dimensional and three-dimensional as a method of finding new forms and expressions. Through experiments with striped textiles the focus is to investigate the possibilities of greater visual effects on two-dimensional prints. For a depth and to exaggerate the directions in the fabric before translating it into a flat surface the striped textile can be a tool for further design. The striped textile has the potential to help the eye to understand the directions in the print and can be used in more than one dimension and color. To explore how to create 3D effect on 2D in print design through draping in dress is the aim of this work. / Program: Modedesignutbildningen

Les environnements virtuels collaboratifs permettent à plusieurs utilisateurs d’interagir à distance par Internet. Ils peuvent partager une impression de téléprésence en animant à distance un avatar qui les représente. Toutefois, le contrôle de cet avatar peut être difficile et mal restituer les gestes de l’utilisateur. Ce travail vise à animer l’avatar à partir d’une acquisition 3D des gestes de l’utilisateur par vision monoculaire en temps réel, et à rendre la téléprésence virtuelle possible au moyen d’un PC grand public équipé d’une webcam. L’approche suivie consiste à recaler un modèle 3D articulé de la partie supérieure du corps humain sur une séquence vidéo. Ceci est réalisé en cherchant itérativement la meilleure correspondance entre des primitives extraites du modèle 3D d’une part et de l’image d’autre part. Le recalage en deux étapes peut procéder sur les régions, puis sur les contours. La première contribution de cette thèse est une méthode de répartition des itérations de calcul qui optimise la robustesse et la précision sous la contrainte du temps-réel. La difficulté majeure pour le suivi 3D à partir d’images monoculaires provient des ambiguïtés 3D/2D et de l’absence d’information de profondeur. Le filtrage particulaire est désormais une approche classique pour la propagation d’hypothèses multiples entre les images. La deuxième contribution de cette thèse est une amélioration du filtrage particulaire pour le recalage 3D/2D en un temps de calcul limité par des heuristiques, dont la contribution est démontée expérimentalement. Un paramétrage de l’attitude des bras par l’extrémité de leur chaîne cinématique est proposé qui permet de mieux modéliser l’incertitude sur la profondeur. Enfin, l’évaluation est accélérée par calcul sur GPU. En conclusion, l’algorithme proposé permet un suivi 3D robuste en temps-réel à partir d’une webcam pour une grande variété des gestes impliquant des occlusions partielles et des mouvements dans la direction de la profondeur. / Networked 3D virtual environments allow multiple users to interact with each other over the Internet. Users can share some sense of telepresence by remotely animating an avatar that represents them. However, avatar control may be tedious and still render user gestures poorly. This work aims at animating a user’s avatar from real time 3D motion capture by monoscopic computer vision, thus allowing virtual telepresence to anyone using a personal computer with a webcam. The approach followed consists of registering a 3D articulated upper-body model to a video sequence. This involves searching iteratively for the best match between features extracted from the 3D model and from the image. A two-step registration process matches regions and then edges. The first contribution of this thesis is a method of allocating computing iterations under real-time constrain that achieves optimal robustness and accuracy. The major issue for robust 3D tracking from monocular images is the 3D/2D ambiguities that result from the lack of depth information. Particle filtering has become a popular framework for propagating multiple hypotheses between frames. As a second contribution, this thesis enhances particle filtering for 3D/2D registration under limited computation constrains with a number of heuristics, the contribution of which is demonstrated experimentally. A parameterization of the arm pose based on their end-effector is proposed to better model uncertainty in the depth direction. Finally, evaluation is accelerated by computation on GPU. In conclusion, the proposed algorithm is demonstrated to provide robust real-time 3D body tracking from a single webcam for a large variety of gestures including partial occlusions and motion in the depth direction.

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent principalement le calcul des variations vectoriel lorsque l'intégrande (qui est une fonction matricielle) peut prendre la valeur +∞. Le cas modèle motivant ces travaux (et très important en hyperélasticité) est celui où l'intégrande n'est finie que sur les matrices de déterminant strictement positif.