Made available in DSpace on 2019-03-30T00:01:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-01-29 / This work presents the design, development and evaluation of a gesture-controlled system for interactive manipulation of radiological images and 3D anatomical models using the Kinect and Leap Motion devices. Several abstractions have been implemented to improve the system performance, making the application simpler, at an affordable cost. Additionally, specific gestures to change the visualization settings of 3D models, represented by layers, were also successfully modeled. Further, usability testing was performed to provide quantitative measures, by comparing the results obtained in the users tests with those from an expert's one, as well as to produce qualitative data (usefulness, visual quality, ease of learning, ease of use, 3D spatial perception, level of interactivity, mental and physical fatigue, effectiveness and satisfaction) to get feedback from users about the system's design. The results show that the participants are able to perform the tasks of search, selection and manipulation of 2D images (zoom in/out and translations) and 3D models (zoom in/out and rotations), quickly and accurately, demonstrating the usefulness of the system as a possible effective and competitive alternative solution, to the traditional use of the negatoscope. Finally, the choice of a particular gestural input device depends not only on the user's ability, but also on the device being controlled, the environment, the task to be accomplished, and the particular goals and constraints present in the application's domain. Keywords - Gesture-Controlled System; Interaction; Manipulation; Evaluation; Images; 3D Models. / Este trabalho apresenta o design, desenvolvimento e avaliação de um sistema controlado por gestos para manipulação interativa de imagens radiológicas e modelos anatômicos 3D usando os dispositivos Kinect e Leap Motion. Várias abstrações foram implementadas para melhorar o desempenho do sistema, tornando a aplicação mais simples, a um custo acessível. Adicionalmente, gestos específicos para alterar as configurações de visualização dos modelos 3D, representados por camadas, também foram modelados com sucesso. Além disso, testes de usabilidade com usuários foram realizados para determinar medidas quantitativas de desempenho, comparando os resultados obtidos nos testes dos usuários com os de um perito, bem como qualitativas (utilidade, qualidade visual da interface, facilidade de aprendizagem, facilidade de uso, percepção espacial 3D, nível de interatividade, fadiga física e mental, eficácia e satisfação) para obter feedback dos usuários sobre o design do sistema. Os resultados mostram que os participantes são capazes de realizar as tarefas de busca, seleção e manipulação de imagens 2D (zoom in/out e translações) e modelos 3D (zoom in/out e rotações), com rapidez e precisão, demonstrando a utilidade do sistema como uma possível solução alternativa eficaz e competitiva, frente ao uso do tradicional negatoscópio. Finalmente, a escolha de um dispositivo de entrada gestual em particular depende não apenas da habilidade do usuário, mas também do dispositivo a ser controlado, do ambiente, da tarefa a ser realizada e dos objetivos e restrições presentes no domínio da aplicação. Palavras-chave - Sistema de Controle Gestual; Interação; Manipulação; Avaliação; Imagens; Modelos 3D.

A Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo (Content-Based Image Retrieval - CBIR) visa recuperar, em uma base de imagens, as ocorrências mais similares a uma imagem fornecida como modelo, a partir de características extraídas desses objetos. O uso dos conceitos de CBIR, embora bem explorado para recuperação de imagens bidimensionais, ainda é pouco explorado no domínio de objetos tridimensionais. A partir da identificação de lacunas na literatura a respeito da abordagem eficiente para recuperação destes objetos, o objetivo deste estudo foi definir, implementar e validar técnicas de recuperação destes objetos médicos tridimensionais com base no seu conteúdo considerando buscas globais e regionalizadas da estrutura tridimensional. Para atingir tal objetivo foram realizadas as seguintes atividades: revisão bibliográfica, definição da base de dados, implementação de descritores e métodos de comparação por similaridade, construção de um protótipo de sistema de recuperação, realização de testes com objetos médicos tridimensionais e análise dos resultados. Os resultados obtidos com os métodos desenvolvidos foram positivos, alcançando 90% de média de precisão no retorno da busca. Verificou-se que os descritores baseados em Harmônicos Esféricos podem ser adaptados para serem utilizados como descritores locais. Adicionalmente, verificou-se que a abordagem utilizando grafos bipartidos em conjunto com o cálculo de similaridade por meio de uma rede de fluxo, produziu resultados melhores do que os métodos que utilizaram abordagens clássicas de comparação. Em relação ao estudo de caso analisado, as Cardiomiopatias, foi possível constatar que as informações de idade e gênero contribuem para melhorar a precisão da recuperação, uma vez que essas informações podem influenciar diretamente a estrutura do ventrículo esquerdo. Além disso, em uma avaliação com usuários finais da área de Cardiologia, constatou-se que efetivamente esta abordagem pode auxiliar na composição de diagnósticos. Estes resultados confirmaram o potencial que a recuperação por conteúdo possui no contexto médico, além de contribuir com a área de Computação no sentido de ter desenvolvido técnicas para recuperação por conteúdo no domínio de objetos tridimensionais. / Content-Based Image Retrieval - CBIR aims to retrieval, in an image database, the most similar occurrences to an image provided as a query, from extracted characteristics of these objects. The use of CBIR concept, although exploited for recovery of twodimensional images, is still under explored in the three-dimensional objects knowledge field. Based on the identification of the current literature gaps regarding efficient approaches to retrieval these objects, the objective of this study was to define, implement and validate retrieval techniques of three-dimensional medical objects based on their content considering global and regionalized searches of the three-dimensional structure. In order to achieve this objective, the following activities were carried out: literature review, database definition, implementation of descriptors and methods of comparison by similarity, construction of a retrieval system prototype, tests with three-dimensional medical objects and results analysis. The results obtained with the methods developed were positive, reaching 90% of mean precision in the return of the search. It has been found that the descriptors based on Spherical Harmonics can be adapted to be used as local descriptors. Additionally, it was identified that the approach using bipartite graphs in conjunction with the similarity computation through network flow, produced better results than the methods that used classic approaches of comparison. Regarding the case study analyzed, the Cardiomyopathies, it was possible to verify that the information of age and gender contribute to improve the accuracy of the retrieval, since this information can directly influence the structure of the left ventricle. In addition, in an evaluation with end users of Cardiology area, it was verified that this approach can effectively aid in the diagnoses. These results confirmed the potential that content-based retrieval has in the medical context, as well as contribute to the Computing area in the sense of developing techniques for content-based in three-dimensional retrieval.

Orientador: Cesar Renato Foschini / Resumo: Desenvolvimento de uma ortese personalizada para subluxação de ombro por manufatura aditiva a partir de escaneamento corporal. A órtese é um dispositivo aplicado à superfície externa do corpo para: controlar o alinhamento biomecânico, corrigir ou acomodar a deformidade, proteger e suportar uma lesão, auxiliar na reabilitação, reduzir a dor, aumentar a mobilidade e a independência. Nos últimos anos, o desenvolvimento de órteses usando manufatura aditiva tem se incrementado tanto para membros superiores como inferiores devido a sua capacidade de reposicionar o membro de maneira mais precisa e personalizada. Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia para projetar e fabricar uma órtese de subluxação de ombro utilizando escaneamento corporal e manufatura aditiva. O usuário foi submetido ao escaneamento 3D para obtenção do modelo digital sólido em formato 3D, operações elementares espaciais foram aplicadas ao modelo escaneado do usuário para a obtenção da órtese a fim de gerar uma silhueta tridimensional adequada ao ombro/tórax do paciente. Finalmente, a silhueta foi evoluída a órtese pela agregação de espessura, furos e contornos. Uma vez obtida a órtese, foi impressa, ajustada e testada no paciente. Uma primeira versão foi proposta em função do relato do paciente quanto à adaptação do ombro e conforto, e outras duas versões evolutivas foram desenvolvidas e avançaram para outros aspectos importantes como a redução de peso, graus de liberdade nos ombros saudávei... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Development of a custom shoulder orthosis by additive manufacturing from body from body scan. Orthotics is a device applied to the external surface of the body to control biomechanical alignment, correct or accommodate the deformity, protect and support an injury, assist in rehabilitation, reduce pain, increase mobility and independence. In recent years, the development of orthosis using additive manufacturing has been increasing for both upper and lower limbs because of their ability to more accurately and custom reposition the limb. This work aimed to develop a methodology to design and manufacture a shoulder subluxation orthosis using body scanning and additive manufacturing. The user underwent 3D scanning to obtain the solid digital model in 3D format, spatial elemental operations were applied to the user's scanned model to obtain the orthosis to generate a three-dimensional silhouette suitable for the patient's shoulder / chest. Finally, the silhouette was evolved into orthosis by aggregating thickness, holes, and contours. Once the orthosis was obtained, it was printed, adjusted and tested on the patient. A first version was proposed based on the patient's report on shoulder adaptation and comfort, and two other evolutionary versions were developed and advanced to other important aspects such as weight reduction, degrees of freedom in healthy shoulders and comfort gain. In each of the three prototypes, an evaluation questionnaire was applied to the user to improve diffe... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre