Submitted by PIETRO CARELLI REIS DE OLIVEIRA CALTABIANO null (pietrocarelli@hotmail.com) on 2017-01-10T01:33:15Z No. of bitstreams: 1 Caltabiano_Pietro_Tese_2016.pdf: 23652706 bytes, checksum: 3e2ad76601dc03b6f3704911772a5005 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-01-12T19:31:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 caltabiano_pcro_dr_guara.pdf: 23652706 bytes, checksum: 3e2ad76601dc03b6f3704911772a5005 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-12T19:31:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 caltabiano_pcro_dr_guara.pdf: 23652706 bytes, checksum: 3e2ad76601dc03b6f3704911772a5005 (MD5) Previous issue date: 2016-11-25 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Ferramentas de processamento e análise digital de imagens foram desenvolvidas com a finalidade de avaliar a evolução da textura morfológica e cristalográfica da microestrutura da liga de alumínio 7075 sob diferentes níveis de deformação plástica por compressão uniaxial. Amostras da liga de alumínio 7075-T6 passaram por um processo de recozimento pleno seguido de um estágio de compressão uniaxial, obtendo níveis de deformações entre 25 e 65%. As microestruturas das amostras foram avaliadas em função dos parâmetros morfológicos dos precipitados, da reorientação dos planos cristalográficos dos grãos e da orientação das subestruturas formadas durante o processo de deformação. Para a caracterização foram utilizadas técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica, microscopia óptica utilizando técnicas de polarização linear e circular, microscopia correlativa e processamento digital de imagens. Os resultados de difração de raios-X indicaram uma reorientação do plano cristalográficos (200) para o (220) após a deformação, e as técnicas de microscopia eletrônica identificaram precipitados de Mg2Si, Al7Cu2Fe e Al6(FeCu) na liga. A análise morfológica dos precipitados indicou uma maior fragmentação dos precipitados devido à maior ativação do plano (331) a partir de 39% de deformação. Por meio do processamento de imagens foi encontrada uma tendência de correlação entre os planos cristalográficos e a fração de área das fases, enquanto que os parâmetros morfológicos das subestruturas formadas durante o processo de deformação permitiram avaliar apenas qualitativamente o nível de encruamento das amostras. / Digital image processing and analysis tools were developed to perform the AA 7075 crystallographic and morphologic texture evaluation under different level of plastic deformation by uniaxial compression. Samples of AA 7075-T6 were submitted to full annealing process followed by uniaxial compression, thus obtaining deformations between 25 and 65% of thickness. The samples microstructure evaluation was performed considering: precipitates morphological parameters, crystallographic lattices reorientation and deformation substructure orientation. The characterization technics were: X-ray diffraction, electron microscopy, optical microscopy with polarization light, correlative microscopy and digital images processing. Xray diffraction results showed that the crystallographic plane (200) was reoriented to (220) after compression. The EDS analysis identified precipitates of Mg2Si, Al7Cu2Fe e Al6(FeCu). The precipitates morphological analysis showed an increase in fragmentation due to plane (331) at 39% of deformation. The digital image process of the samples etched with Barker reagents indicated a correlation between area fraction and the diffraction peaks, and the deformation substructures analysis made viable a qualitative characterization of the hardening process. / FAPESP: 2011/00403-2

Orientador: Alexandre Xavier Falcão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T11:48:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_LuizFernando_M.pdf: 4712861 bytes, checksum: 8394eaf840c42852f3a99c0f296df6ff (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Equipamentos de Ressonância Magnética (RM) permitem a obtenção de seqüências de imagens digitais contendo estruturas tri-dimensionais (3D) do corpo humano. A visualização e a análise computadorizada dessas estruturas têm revolucionado a pratica médica de diversas formas. O enfoque deste trabalho é a análise dos ventrículos laterais do cérebro humano a partir de imagens de RM. O cérebro humano, ou encéfalo, apresenta três divisões, cada uma com componentes e subdivisões relativamente constantes: o Prosencéfalo, o Mesencéfalo e o Rombencéfalo. Neste trabalho, chamamos de c'erebro uma das subdivisões do Prosencéfalo denominada Telencéfalo, que pode ser considerado como sinônimo de hemisférios cerebrais. Um cérebro biologicamente normal (saudável) apresenta um alto grau de simetria com relação ao plano sagital, que o divide em duas partes, hemisfério esquerdo e direito. Uma assimetria neste plano pode, por conseqüência, ser um indicativo de doenças como epilepsia e mal de Alzheimer, entre outras. Anormalidades no volume de certas estruturas e cavidades, tais como os ventrículos laterais, também podem estar associadas a certas doenças neurológicas e psiquiátricas como esquizofrenia, depressão e demência [1]. O objetivo principal deste trabalho e o desenvolvimento de medidas de simetria e assimetria dos ventrículos laterais, cuja análise em indivíduos de grupos controle (biologicamente normais) e em pacientes possa contribuir para o estudo de doenças cerebrais. A realização desta análise esta dividida em três etapas básicas: a segmentação dos ventrículos laterais, a extração de características dos ventrículos segmentados e a classificação e análise dos indivíduos do grupo controle e de pacientes de acordo com as características extraídas. Para a segmentação dos ventrículos laterais, foram estudadas diversas técnicas existentes na literatura, de abordagens manuais a automáticas. No entanto, a literatura é escassa em referências a estudos de segmentação dos ventrículos laterais do cérebro humano. Este trabalho, neste sentido, é pioneiro já que apresenta técnicas de segmentação dos ventrículos laterais que permitem a baixa intervenção do ser humano no processo, reduzindo o tempo necessário para a tarefa. A extração das características dos ventrículos laterais foi realizada por duas abordagens distintas - Dimensão Fractal Multiescala e Registros. Nesta etapa do processo, foi necessário implementar uma técnica de localização e alinhamento do plano inter-hemisferico cerebral, a fim de corrigir um problema típico do processo de captura de imagens de ressonância magnética, o desalinhamento da cabeça do individuo em relação ao plano sagital da imagem. Esta técnica e uma contribuição direta deste trabalho. Por fim, na ultima etapa do processo, a classificação dos indivíduos, foram utilizadas as técnicas manual e automática, a fim de compararmos a eficiência e efetividade de cada uma delas. A classificação manual foi realizada em 2D e 3D, enquanto que, para a classificação automática, com base nas características extraídas, foi utilizado um algoritmo de classificação por floresta de caminhos ótimos, o OPF, desenvolvido por uma equipe de pesquisadores liderados pelo Prof. Dr. Alexandre Falcão. Os resultados foram analisados com base em matrizes de confusão geradas a partir dos dados obtidos com as classificações manual e automática. Essas análises comparam a eficiência das diversas técnicas de classificação utilizadas neste trabalho, apontando as vantagens e desvantagens do uso de cada uma delas. Este trabalho é arte do projeto temático FAPESP 03/13424-1 também se insere no contexto do projeto temático FAPESP CInAPCe (Cooperação Interinstitucional de Apoio a Pesquisas sobre o Cérebro), envolvendo pesquisadores de diversas instituições, principalmente do Laboratório de Neuroimagem do Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas e do Departamento de Radiologia do Hospital de Clínicas da UNICAMP. / Abstract: Magnetic Resonance Imaging (MRI) equipment allow the capture of sequences of digital images containing three dimensional (3D) human body structures. The computerized visualization and analysis of such structures have revolutionized the medical practice in many ways. This work focuses on the human brain analysis based on MRI images. A healthy brain presents a high symmetry degree with respect to the sagittal plane that divides it in two parts, the left and right hemispheres. An asymmetry at this plane can, therefore, be a symptom of a disease, such as epilepsy, Alzheimer's or brain tumor [2]. Volume abnormalities in certain structures and cavities, such as the lateral ventricles, can also be associated to diseases, such as schizophrenia, depression and dementia [1]. This work is focused on the development of asymmetry measures of the lateral ventricles, whose analysis in both controls and patients can contribute to the study of brain diseases. This analysis is split into three basic steps: the lateral ventricles segmentation, the feature extraction from the segmented structures and the data classification and analysis according to the extracted features. For the lateral ventricles segmentation, many techniques available in the literature were studied, for both manual and automatic approaches. However, there are very few references available in the literature focusing on lateral ventricles segmentation. This work is, in this sense, pioneer, since it presents techniques for lateral ventricles segmentation that allow very limited user intervention, reducing the time spent in the task. Two different approaches were used to extract the features from the lateral ventricles: Multiscale Fractal Dimension and Image Registration. Additionally, for the feature extraction process, we had to implement a technique for the localization and alignment of the mid-sagittal plane of the brain, in order to correct a typical problem in the MRI capturing procedure - the misalignment of the head with respect to the sagittal plane of the image. This technique is a direct contribution of this work. Finally, in the last step of the process - the classification task - two techniques were used, one manual and another automatic, in order to compare the efficiency and effectiveness between them. The manual classification was based in 2D and 3D image analysis, while the automatic classification was based on the Optimum Path Forest (OPF), a technique developed inside the Institute of Computing at Unicamp. The classification results were analysed through many confusion matrices, generated from the data obtained from the manual and automatic classifications. Those analyses compare the efficiency of the many classification approaches used in this work, pointing the advantages and disadvantages in each of them. This work is part of the FAPESP thematic project no. 03/13424-1 and is also related to the FAPESP CInAPCe (Inter-institutional Cooperation to Support Brain Research) thematic project, that involves researchers from many institutions, specially from the Department of Neurology at the Faculty of Medical Sciences, Unicamp. / Mestrado / Metodologia e Tecnicas da Computação / Mestre em Ciência da Computação

We develop a generic Graph Cut-based semiautomatic multiobject image segmentation method principally for use in routine medical applications ranging from tasks involving few objects in 2D images to fairly complex near whole-body 3D image segmentation. The flexible formulation of the method allows its straightforward adaption to a given application.\linebreak In particular, the graph-based vicinity prior model we propose, defined as shortest-path pairwise constraints on the object adjacency graph, can be easily reformulated to account for the spatial relationships between objects in a given problem instance. The segmentation algorithm can be tailored to the runtime requirements of the application and the online storage capacities of the computing platform by an efficient and controllable Voronoi tessellation clustering of the input image which achieves a good balance between cluster compactness and boundary adherence criteria. Qualitative and quantitative comprehensive evaluation and comparison with the standard Potts model confirm that the vicinity prior model brings significant improvements in the correct segmentation of distinct objects of identical intensity, the accurate placement of object boundaries and the robustness of segmentation with respect to clustering resolution. Comparative evaluation of the clustering method with competing ones confirms its benefits in terms of runtime and quality of produced partitions. Importantly, compared to voxel segmentation, the clustering step improves both overall runtime and memory footprint of the segmentation process up to an order of magnitude virtually without compromising the segmentation quality.

Nous développons une méthode générique semi-automatique multi-objet de segmentation d'image par coupure de graphe visant les usages médicaux de routine, allant des tâches impliquant quelques objets dans des images 2D, à quelques dizaines dans celles 3D quasi corps entier. La formulation souple de la méthode permet son adaptation simple à une application donnée. En particulier, le modèle d'a priori de proximité que nous proposons, défini à partir des contraintes de paires du plus court chemin sur le graphe d'adjacence des objets, peut facilement être adapté pour tenir compte des relations spatiales entre les objets ciblés dans un problème donné. L'algorithme de segmentation peut être adapté aux besoins de l'application en termes de temps d'exécution et de capacité de stockage à l'aide d'une partition de l'image à segmenter par une tesselation de Voronoï efficace et contrôlable, établissant un bon équilibre entre la compacité des régions et le respect des frontières des objets. Des évaluations et comparaisons qualitatives et quantitatives avec le modèle de Potts standard confirment que notre modèle d'a priori apporte des améliorations significatives dans la segmentation d'objets distincts d'intensités similaires, dans le positionnement précis des frontières des objets ainsi que dans la robustesse de segmentation par rapport à la résolution de partition. L'évaluation comparative de la méthode de partition avec ses concurrentes confirme ses avantages en termes de temps d'exécution et de qualité des partitions produites. Par comparaison avec l'approche appliquée directement sur les voxels de l'image, l'étape de partition améliore à la fois le temps d'exécution global et l'empreinte mémoire du processus de segmentation jusqu'à un ordre de grandeur, sans compromettre la qualité de la segmentation en pratique. / We develop a generic Graph Cut-based semiautomatic multiobject image segmentation method principally for use in routine medical applications ranging from tasks involving few objects in 2D images to fairly complex near whole-body 3D image segmentation. The flexible formulation of the method allows its straightforward adaption to a given application.\linebreak In particular, the graph-based vicinity prior model we propose, defined as shortest-path pairwise constraints on the object adjacency graph, can be easily reformulated to account for the spatial relationships between objects in a given problem instance. The segmentation algorithm can be tailored to the runtime requirements of the application and the online storage capacities of the computing platform by an efficient and controllable Voronoi tessellation clustering of the input image which achieves a good balance between cluster compactness and boundary adherence criteria. Qualitative and quantitative comprehensive evaluation and comparison with the standard Potts model confirm that the vicinity prior model brings significant improvements in the correct segmentation of distinct objects of identical intensity, the accurate placement of object boundaries and the robustness of segmentation with respect to clustering resolution. Comparative evaluation of the clustering method with competing ones confirms its benefits in terms of runtime and quality of produced partitions. Importantly, compared to voxel segmentation, the clustering step improves both overall runtime and memory footprint of the segmentation process up to an order of magnitude virtually without compromising the segmentation quality.