Submitted by Programa de Pós-Graduação em Odontologia Saúde (mestrodo@ufba.br) on 2017-03-16T12:23:05Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_final_Poliana_Pimentel_10.08.13vv.pdf: 1365077 bytes, checksum: fb2ddd9821ad5312c14054a041273b04 (MD5) / Approved for entry into archive by Delba Rosa (delba@ufba.br) on 2017-05-02T12:22:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_final_Poliana_Pimentel_10.08.13vv.pdf: 1365077 bytes, checksum: fb2ddd9821ad5312c14054a041273b04 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-02T12:22:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_final_Poliana_Pimentel_10.08.13vv.pdf: 1365077 bytes, checksum: fb2ddd9821ad5312c14054a041273b04 (MD5) / FAPESB / O objetivo deste estudo foi avaliar a acurácia de reconstruções tridimensionais (3D) de tomografia computadorizada (TC) geradas por diferentes softwares, equipamentos tomográficos e espessura de cortes. Foram utilizadas dez mandíbulas secas humanas, as quais foram submetidas a exame de TC fan beam (TC médica) e cone beam (TC de feixe cônico - TCFC). Os arquivos dos exames salvos no formato DICOM em mídia eletrônica foram processados em diferentes softwares [Onis-Viewer® (DigitalCore, Co. Ltd, Tóquio, Japão); InVesalius® (CTI, Campinas, Brasil); 3D Doctor® (Able Corporation, Massachusetts, EUA); e OsiriX Imaging Software® (Pixmeo SARL, Genebra, Suiça)] para confecção das reconstruções 3D. Foram realizadas medidas lineares verticais e horizontais dos defeitos ósseos, produzidos nas mandíbulas secas, com auxílio de um paquímetro eletrônico digital, e em suas respectivas reconstruções virtuais utilizando as réguas oferecidas pelos softwares. As medidas foram realizadas por dois examinadores, duas vezes, e os dados foram comparados e submetidos à análise estatística. Os resultados mostraram haver diferenças estatisticamente significativas nas distâncias lineares dos defeitos ósseos, entre as mandíbulas secas humanas e suas respectivas reconstruções 3D, tanto geradas por diferentes softwares, quanto pelos diferentes tomógrafos (TCFC e TC médica) e espessuras (0,3mm e 0,4mm). O erro relativo para as imagens obtidas a partir da TCFC variou de 3,10% a 4,82% a depender do software e espessura utilizada, e para aquelas obtidas a partir da TC fan beam variou de 3,40 a 5,92%, a depender do software. Apesar dos resultados, as discrepâncias não foram maiores que 0,6mm em média, e portanto os erros encontrados não devem afetar o planejamento terapêutico nem a confecção de um biomodelo. / The objective of this study was to evaluate the accuracy of 3D reconstructions generated by different softwares, CT scanners and slice thicknesses. We used ten human dry mandibles, which were submitted to fan beam and cone beam CT. The files, saved in DICOM format on electronic media, were processed in different softwares [Onis-Viewer® (DigitalCore, Co. Ltd, Tokyo, Japan); InVesalius® (CTI, Campinas, Brazil); 3D Doctor® (Able Corporation, Massachusetts, USA) and OsiriX Imaging Software® (Pixmeo SARL, Geneva, Switzerland)] for making 3D reconstructions. Vertical and horizontal linear measurements were made on bone defects produced on dry human mandibles with a digital caliper, and on their 3D reconstructions, using the rules provided by the softwares. The measurements were performed by two examiners twice, and data were compared and statistically analyzed. The results showed significant differences in linear distances, between the human dry mandibles and their 3D reconstructions, generated by different softwares, scanners (cone beam and fan beam) and slice thickness (0.3 mm and 0.4 mm). The error relative from the cone beam CT ranged from 3,10% to 4,82% depending on the software used and thickness, and those obtained from the fan beam CT ranged from 3,40 to 5,92%, depending on software. Despite the discrepancies, the results were not greater than 0.6 mm on average, so the errors should not affect the treatment planning or the biomodel manufacturing.

Submitted by Programa de Pós-Graduação em Odontologia Saúde (mestrodo@ufba.br) on 2017-11-06T14:08:25Z No. of bitstreams: 1 TESE FINAL leonardo Provedel.pdf: 892721 bytes, checksum: 469d11fe33aff9d314e85d27afd4fd8f (MD5) / Approved for entry into archive by Delba Rosa (delba@ufba.br) on 2017-11-17T14:40:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE FINAL leonardo Provedel.pdf: 892721 bytes, checksum: 469d11fe33aff9d314e85d27afd4fd8f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-17T14:40:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE FINAL leonardo Provedel.pdf: 892721 bytes, checksum: 469d11fe33aff9d314e85d27afd4fd8f (MD5) / CAPES / Modelagem computacional refere-se ao conjunto de processos eletrônicos que culminam na obtenção de um modelo tridimensional, incluindo a segmentação das imagens e tratamento superficial dos sólidos gerados. Apesar de tais técnicas tornarem-se cada vez mais frequentes no campo da saúde, poucos são os estudos que se propõem investigar a fidelidade destes modelos. O objetivo deste estudo foi comparar o volume de sólidos complexos obtidos por diferentes equipamentos de engenharia reversa e modelagem computacional. Para isto, oito mandíbulas secas foram escaneadas por diferentes equipamentos de tomografia computadorizada (TC) e por um scanner tridimensional, a partir dos quais foram gerados modelos tridimensionais. Esses modelos receberam diferentes processos de tratamento superficial e o volume final dos modelos foi comparado. Os resultados mostraram não haver diferença significante entre o volume dos sólidos com diferentes tratamentos superficiais (p> 0,05) assim como em relação aos diferentes equipamentos de TC (p> 0,05). Comparando-se os equipamentos de TC com o scanner tridimensional, existiram diferenças volumétricas entre os sólidos, a depender do padrão-ouro adotado, principalmente quando as duas ferramentas de tratamento superficial foram utilizadas. Pode-se concluir que o escaneamento tridimensional determinou a geração de sólidos dimensionalmente diferentes das demais técnicas de engenharia reversa, na maioria dos casos, sobretudo quando mais de uma ferramenta de tratamento superficial foi empregada / Computational modeling refers to the set of electronic processes that culminate in obtaining a three-dimensional model, including the segmentation of images and surface treatment of the generated solids. Although such techniques become increasingly frequent in the field of health, few studies are proposed to investigate the fidelity of these models. The objective of this study was to compare the volume of complex solids obtained by different reverse engineering devices and computational modeling. For this, eight dry mandibles were scanned by different CT devices and by a three-dimensional scanner, from which three-dimensional models were generated. These models received different surface treatment processes and the final volume of the models was compared. The results showed no significant difference between the volume of solids with different surface treatments (p> 0.05) as well as with the different CT devices (p> 0.05). Comparing the CT devices with the three-dimensional scanner, there were volumetric differences between the solids, depending on the gold standard adopted, especially when the two surface treatment combined tools were used. It can be concluded that three-dimensional scanning determined the generation of solids dimensionally different from other reverse engineering techniques, in most cases, especially when more than one surface treatment tool was used.

A reconstrução tridimensional de superfícies de fratura de materiais compósitos do tipo CFRP é apresentada neste trabalho como um método possível para análise fractográfica desse material, cuja superfície de fratura pode apresentar uma rugosidade acentuada, com grande variação em altura. Dois métodos são apresentados para esse propósito: a reconstrução por foco variável, realizada com imagens de microscopia óptica e a reconstrução por paralaxe, realizada com par de imagens estéreo, obtidas por microscopia eletrônica de varredura. Uma avaliação é realizada para cada um dos dois métodos, discutindo seus limites e a eficiência de cada um deles, perante as dificuldades de análise de materiais compósitos unidirecionais e multidirecionais. O método de foco variável apresentou um excelente resultado de reconstrução, mas tem a necessidade de um número grande de imagens, tempo de dedicação do instrumento e limite de ampliação das imagens como fatores a serem considerados na escolha de melhor método. As inclinações da amostra, durante o método da paralaxe, revelam alterações nos histogramas das imagens adquiridas no sentido horário que limitam o uso do método para materiais com alta rugosidade. A obtenção de imagens em um único sentido e a construção de uma região de interesse, posicionada no centro da imagem são sugestões para tornar o método mais abrangente. A linearidade das projeções de características na imagem inclinada também sugere a possibilidade de realizar a reconstrução utilizando, em vez de apenas duas, múltiplas imagens obtidas no sentido anti-horário. As alterações propostas para modificar a rotina, são sugeridas para que o programa possa ser aplicado de forma mais abrangente, independente da qualidade da superfície de fratura observada. / The three-dimensional reconstruction of fracture surfaces of CFRP type composite materials is presented in this work as a possible method for the fractographic analysis of this material, whose rupture surface can present an accentuated roughness, with great variation in height. Two methods are presented for this purpose: the reconstruction for variable focus, carried through with images of optic microscopy and the reconstruction for parallax, carried through with pair of stereo images, obtained by means of scanning electronic microscopy. An evaluation is carried through for each one of the two methods, having argued its limits and the efficiency of each one of them, before the difficulties of analysis of unidirectional and multidirectional composite materials. The method of variable focus presented an excellent reconstruction result, but it has the need of a great number of images, spent time of the instrument and magnifying limit of the images as factors to be considered in the choice of better method. The tilting of the specimen, during the parallax method, discloses alterations in the histograms of the images acquired in the clockwise direction that limit the use of the method for materials with high roughness. The acquiring of images in only one direction and the construction of a region of interest, located in the center of the image are suggestions to turn the method most including. The linearity of the projections of features in the inclined image also suggests the possibility to carry through the reconstruction using, instead of only two, multiple images gotten in the counter-clockwise direction. The alterations proposals to modify the routine, are suggested so that the program can be applied in a more comprehensive form, independent of the quality of the observed fracture surface.

A reconstrução tridimensional de superfícies de fratura de materiais compósitos do tipo CFRP é apresentada neste trabalho como um método possível para análise fractográfica desse material, cuja superfície de fratura pode apresentar uma rugosidade acentuada, com grande variação em altura. Dois métodos são apresentados para esse propósito: a reconstrução por foco variável, realizada com imagens de microscopia óptica e a reconstrução por paralaxe, realizada com par de imagens estéreo, obtidas por microscopia eletrônica de varredura. Uma avaliação é realizada para cada um dos dois métodos, discutindo seus limites e a eficiência de cada um deles, perante as dificuldades de análise de materiais compósitos unidirecionais e multidirecionais. O método de foco variável apresentou um excelente resultado de reconstrução, mas tem a necessidade de um número grande de imagens, tempo de dedicação do instrumento e limite de ampliação das imagens como fatores a serem considerados na escolha de melhor método. As inclinações da amostra, durante o método da paralaxe, revelam alterações nos histogramas das imagens adquiridas no sentido horário que limitam o uso do método para materiais com alta rugosidade. A obtenção de imagens em um único sentido e a construção de uma região de interesse, posicionada no centro da imagem são sugestões para tornar o método mais abrangente. A linearidade das projeções de características na imagem inclinada também sugere a possibilidade de realizar a reconstrução utilizando, em vez de apenas duas, múltiplas imagens obtidas no sentido anti-horário. As alterações propostas para modificar a rotina, são sugeridas para que o programa possa ser aplicado de forma mais abrangente, independente da qualidade da superfície de fratura observada. / The three-dimensional reconstruction of fracture surfaces of CFRP type composite materials is presented in this work as a possible method for the fractographic analysis of this material, whose rupture surface can present an accentuated roughness, with great variation in height. Two methods are presented for this purpose: the reconstruction for variable focus, carried through with images of optic microscopy and the reconstruction for parallax, carried through with pair of stereo images, obtained by means of scanning electronic microscopy. An evaluation is carried through for each one of the two methods, having argued its limits and the efficiency of each one of them, before the difficulties of analysis of unidirectional and multidirectional composite materials. The method of variable focus presented an excellent reconstruction result, but it has the need of a great number of images, spent time of the instrument and magnifying limit of the images as factors to be considered in the choice of better method. The tilting of the specimen, during the parallax method, discloses alterations in the histograms of the images acquired in the clockwise direction that limit the use of the method for materials with high roughness. The acquiring of images in only one direction and the construction of a region of interest, located in the center of the image are suggestions to turn the method most including. The linearity of the projections of features in the inclined image also suggests the possibility to carry through the reconstruction using, instead of only two, multiple images gotten in the counter-clockwise direction. The alterations proposals to modify the routine, are suggested so that the program can be applied in a more comprehensive form, independent of the quality of the observed fracture surface.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-07T18:04:21Z No. of bitstreams: 1 andersonrodriguesvilela.pdf: 2655626 bytes, checksum: b233ef23724d3641c02160696e068e5f (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-10T12:22:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 andersonrodriguesvilela.pdf: 2655626 bytes, checksum: b233ef23724d3641c02160696e068e5f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-10T12:22:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andersonrodriguesvilela.pdf: 2655626 bytes, checksum: b233ef23724d3641c02160696e068e5f (MD5) Previous issue date: 2008-08-13 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A reconstrução de superfícies a partir de imagens bidimensionais é um problema presente em diversas áreas de conhecimento, tais como: reconstrução de órgãos ou partes do corpo humano a partir de tomografias; reconhecimento automático de caracteres; visão computacional para montagem e inspeção; processamento de imagens aéreas e de satélite para previsão do tempo, dentre outras. Em todos esses casos faz-se necessário um estudo detalhado sobre processamento de imagens e sobre a escolha correta da técnica de reconstrução a ser adotada, a fim de que se obtenha bons resultados. Apresenta-se neste trabalho um modelo de reconstrução de superfícies baseado numa técnica de reconstrução tridimensional através de luz estruturada. Utiliza-se uma fonte de luz retilínea incidindo sobre os objetos da cena como luz estruturada e aplica-se movimento controlado aos objetos fazendo com que suas superfícies sejam varridas por essa luz. Através das imagens captadas por uma câmera da projeção da luz estruturada sobre os objetos, faz-se a reconstrução de suas superfícies O modelo é validado através de uma metodologia proposta utilizando imagens sintéticas obtidas via simulação computacional e imagens obtidas via ensaio experimental. Resultados da identificação de diversas superfícies tridimensionais são apresentados em exemplos de aplicação. / The surfaces reconstruction from two-dimensional images is a problem present in various areas of knowledge, such as reconstruction of organs or parts of the human body from tomography; automatic recognition of characters; computer vision for assembly and inspection, processing of aerial and satellite images for weather forecast, among others. In all these cases it is necessary detailed studies on image processing and the right choice of the technique of reconstruction to be adopted in order to achieve good results. It is presented in this work a model for reconstruction of surfaces based on a technique of three-dimensional reconstruction through structured light. The technique employs a source of straight light focused on the objects of the scene as structured light and applies controlled movement to the objects allowing their surfaces to be swept by that light. Through images captured by a camera containing the projection of the structured light on the objects, the surfaces are reconstructed. The model is validated through a methodology proposed using synthetic images obtained by computer simulation and images obtained by experimental test. Results of the identification of various three-dimensional surfaces are presented as examples of application.

A restauração de imagens obtidas através de microscopia de seccionamento óptico computacional, utilizando técnicas de fluorescência, é um problema relevante em muitas aplicações biológicas. Diversos métodos foram propostos nos últimos anos com diferentes graus de sucesso para melhorar a qualidade destas imagens, mas a complexidade dos dados e o custo computacional do processamento ainda permanecem como fatores limitantes neste tipo de problema. Consideramos, neste trabalho, várias metodologias para a deconvolução de imagens tridimensionais obtidas em microscopia de fluorescência wide-field, onde propomos métodos lineares não iterativos e também algoritmos iterativos não lineares, que incorporam a presença do ruído Poisson nas observações devido à baixa contagem de fótons. Ainda, propomos duas abordagens específicas para a redução do ruído Poisson, sendo a primeira baseada em um critério de máximo a posteriori e a segunda na transformação de Anscombe. O primeiro algoritmo de deconvolução linear não iterativo é um método de dois passos baseado em um filtro de restauração não linear derivado a partir de um critério de máximo a posteriori, que considera uma distribuição de Poisson para modelar o ruído presente na imagem observada. O segundo, é um filtro de mínimo erro médio quadrático derivado usando o princípio da ortogonalidade no domínio de Fourier a partir de um modelo para o ruído Poisson. Os métodos iterativos não lineares são baseados na teoria de Projeções sobre Conjuntos Convexos, sendo que propomos o uso de cinco conjuntos de restrições convexas. Estas restrições são derivadas de forma a deconvoluir a imagem observada com a função de espalhamento pontual do microscópio, recuperar parte das freqüências perdidas devido à função de transferência óptica do sistema, garantir a positividade da solução e, também, prevenir erros introduzidos pelo processo de regularização. Os algoritmos foram analisados utilizando imagens sintéticas, com diferentes níveis de ruído Poisson e com imagens de espécimes reais. Os métodos também foram comparados com os algoritmos Maximum Likelihood Expectation Maximization e Regularized Linear Least Squares, apresentando boa performance em termos visuais e também uma boa relação custo-benefício. Ainda, propomos uma metodologia eficiente para a esqueletização tridimensional de estruturas tubulares, como neurônios e artérias, através do cálculo numérico de campos vetoriais e da estimação de curvaturas principais usando o mapa de Weingarten. Dada uma imagem binária, o método consiste em gerar uma imagem em tons de cinza, correspondente à magnitude de um campo de vetores, seguido por uma busca de pontos que pertencem aos vales de potenciais. Pode-se mostrar que estes pontos correspondem à transformação do eixo médio. Apresentamos resultados para contornos bidimensionais e também para imagens tridimensionais de neurônios e artérias. O algoritmo demonstrou uma boa performance, uma vez que o campo vetorial pode ser rapidamente calculado usando algoritmos de transformada rápida de Fourier / The deconvolution of images obtained by means of optical-sectioning widefield fluorescence rnicroscopy, is a relevant problem in biological applications. Several methods have been proposed in the last few years, with different degrees of success, to improve the quality of the images, but the data complexity and the computational cost remain a limiting factor in this problem. We present in this work several methodologies to perform the deconvolution of three-dimensional data obtained by wide-field fluorescence microscopy. We present both linear, non-iterative and non-linear, iterative methods that take into accont the nature of the noise due to the low leve1 of photon counts. We also propose two algoritms to reduce the Poisson noise. The first one is based on a maximum a posteriori approach and the second one is based on the Anscombe transformation. The first linear, non-iterative algorithm is a two-pass method based on a nonlinear maximum a posteriori restoration filter derived using the Poisson noise model. The second linear, non-iterative deconvolution algorithm is a pointwise, space invariant, minimum mean square restoration filter for the Poisson image noise model derived using the orthogonality principle in the Fourier domain. The non-linear, iterative methods are based on the Projection onto Convex Sets theory. In the restoration algorithms, we combine five constraints sets in order to restore the out-of-focus blur, to retrieve the missing frequencies due to the transfer function of the optical system, to guarantee positiveness, and also to prevent the regularization errors. The methods were analysed using phantoms with several degrees of Poisson noise and with real ceil images. Also, they were compared with the Maximum Likelihood Expectation Maximization and Regularized Linear Least Squares algorithms. All the metodologies demonstrate good performance in terms of both visual results and cost-benefit analysis. We also propose an approach for efficient three-dimensional skeletonization of tubular structures, such as neurons and arteries, through fast numerical calculation of vector fields and curvature estimation by using the Weingarten formulae. In short, given a binary image, the method consists in generating a grayscale image corresponding to the magnitude of a vector field followed by a search of the points that belong to the botton of the potencial valleys. It can be shown that these points correspond to the media1 axis transformation. We present results for both two-dimensional shapes and three-dimensional arteries and neurons images. The algorithm has demonstrated a good performance due to the fact that the vector field can be easy and fastly calculated using the fast Fourier transform algorithm

A restauração de imagens obtidas através de microscopia de seccionamento óptico computacional, utilizando técnicas de fluorescência, é um problema relevante em muitas aplicações biológicas. Diversos métodos foram propostos nos últimos anos com diferentes graus de sucesso para melhorar a qualidade destas imagens, mas a complexidade dos dados e o custo computacional do processamento ainda permanecem como fatores limitantes neste tipo de problema. Consideramos, neste trabalho, várias metodologias para a deconvolução de imagens tridimensionais obtidas em microscopia de fluorescência wide-field, onde propomos métodos lineares não iterativos e também algoritmos iterativos não lineares, que incorporam a presença do ruído Poisson nas observações devido à baixa contagem de fótons. Ainda, propomos duas abordagens específicas para a redução do ruído Poisson, sendo a primeira baseada em um critério de máximo a posteriori e a segunda na transformação de Anscombe. O primeiro algoritmo de deconvolução linear não iterativo é um método de dois passos baseado em um filtro de restauração não linear derivado a partir de um critério de máximo a posteriori, que considera uma distribuição de Poisson para modelar o ruído presente na imagem observada. O segundo, é um filtro de mínimo erro médio quadrático derivado usando o princípio da ortogonalidade no domínio de Fourier a partir de um modelo para o ruído Poisson. Os métodos iterativos não lineares são baseados na teoria de Projeções sobre Conjuntos Convexos, sendo que propomos o uso de cinco conjuntos de restrições convexas. Estas restrições são derivadas de forma a deconvoluir a imagem observada com a função de espalhamento pontual do microscópio, recuperar parte das freqüências perdidas devido à função de transferência óptica do sistema, garantir a positividade da solução e, também, prevenir erros introduzidos pelo processo de regularização. Os algoritmos foram analisados utilizando imagens sintéticas, com diferentes níveis de ruído Poisson e com imagens de espécimes reais. Os métodos também foram comparados com os algoritmos Maximum Likelihood Expectation Maximization e Regularized Linear Least Squares, apresentando boa performance em termos visuais e também uma boa relação custo-benefício. Ainda, propomos uma metodologia eficiente para a esqueletização tridimensional de estruturas tubulares, como neurônios e artérias, através do cálculo numérico de campos vetoriais e da estimação de curvaturas principais usando o mapa de Weingarten. Dada uma imagem binária, o método consiste em gerar uma imagem em tons de cinza, correspondente à magnitude de um campo de vetores, seguido por uma busca de pontos que pertencem aos vales de potenciais. Pode-se mostrar que estes pontos correspondem à transformação do eixo médio. Apresentamos resultados para contornos bidimensionais e também para imagens tridimensionais de neurônios e artérias. O algoritmo demonstrou uma boa performance, uma vez que o campo vetorial pode ser rapidamente calculado usando algoritmos de transformada rápida de Fourier / The deconvolution of images obtained by means of optical-sectioning widefield fluorescence rnicroscopy, is a relevant problem in biological applications. Several methods have been proposed in the last few years, with different degrees of success, to improve the quality of the images, but the data complexity and the computational cost remain a limiting factor in this problem. We present in this work several methodologies to perform the deconvolution of three-dimensional data obtained by wide-field fluorescence microscopy. We present both linear, non-iterative and non-linear, iterative methods that take into accont the nature of the noise due to the low leve1 of photon counts. We also propose two algoritms to reduce the Poisson noise. The first one is based on a maximum a posteriori approach and the second one is based on the Anscombe transformation. The first linear, non-iterative algorithm is a two-pass method based on a nonlinear maximum a posteriori restoration filter derived using the Poisson noise model. The second linear, non-iterative deconvolution algorithm is a pointwise, space invariant, minimum mean square restoration filter for the Poisson image noise model derived using the orthogonality principle in the Fourier domain. The non-linear, iterative methods are based on the Projection onto Convex Sets theory. In the restoration algorithms, we combine five constraints sets in order to restore the out-of-focus blur, to retrieve the missing frequencies due to the transfer function of the optical system, to guarantee positiveness, and also to prevent the regularization errors. The methods were analysed using phantoms with several degrees of Poisson noise and with real ceil images. Also, they were compared with the Maximum Likelihood Expectation Maximization and Regularized Linear Least Squares algorithms. All the metodologies demonstrate good performance in terms of both visual results and cost-benefit analysis. We also propose an approach for efficient three-dimensional skeletonization of tubular structures, such as neurons and arteries, through fast numerical calculation of vector fields and curvature estimation by using the Weingarten formulae. In short, given a binary image, the method consists in generating a grayscale image corresponding to the magnitude of a vector field followed by a search of the points that belong to the botton of the potencial valleys. It can be shown that these points correspond to the media1 axis transformation. We present results for both two-dimensional shapes and three-dimensional arteries and neurons images. The algorithm has demonstrated a good performance due to the fact that the vector field can be easy and fastly calculated using the fast Fourier transform algorithm

INTRODUÇÃO: A presença e extensão da perda neuronal no encéfalo dos idosos ainda é controversa. A substância negra (SN) é uma região localizada no mesencéfalo e caracterizada macroscopicamente pela coloração escura, devido à presença neuromelanina. O envelhecimento da SN ainda é um mistério, mas existem grandes quantidades de estudos relativos às modificações sofridas por essa região com o passar dos anos. Alguns estudos detectaram perda neuronal na SN durante o envelhecimento, enquanto outros afirmam que não há alteração significativa durante esse processo. OBJETIVO: Caracterizar as alterações que ocorrem na SN durante o envelhecimento humano, em indivíduos sem sintomas da doença de Parkinson, do ponto de vista citoarquitetônico em 3D. CASUÍSTICA E METODOLOGIA:O presente projeto faz parte do Projeto Envelhecimento Cerebral (PEC) do Grupo de Estudos em Envelhecimento Cerebral (GEEC) da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP). Foram utilizados 18 casos, classificados em quatro faixas etárias. Quinze casos foram analisados estereológicamente e recontruídos tridimensionalmente. Para estes, foram determinados número de neurônios, volume da SN e densidade neuronal e submetidos à testes estatísticos não paramétricos. Três casos foram imunocorados com quatro diferentes anticorpos: anti tirosina-hidroxilase (TH), anti proteína tau hiperfosforilada, anti proteína alfa-sinucleína e anti calbindina D28k (Calb) e analisados qualitativamente. RESULTADOS: As lâminas imunocoradas com anticorpo anti -sinucleína e anti-tau, foram negativas. As lâminas imunocoradas com anticorpo anti- TH e anti-Calb D28k foram positivas. Dos quinze casos analisados estereologicamente, Para o número de neurônios, encontrou-se: mediana de 504.575 células, valor mínimo de 348.662 células e valor máximo de 672.172 células. Para o volume, encontrou-se mediana de 190,8mm3; valor mínimo de 134,1 mm3 e valor máximo de 267,3mm3. Para a densidade total média, encontrou-se a mediana de 2.517,4 cel/mm3, valor mínimo de 1.603,1 cel/mm3 e valor máximo de 5.015,7 cel/mm3. Realizou-se o teste de correlação de Spearman para as três variáveis neuronais, correlacionando hemisfério direito e esquerdo, encontrou-se uma correlação moderada para número de neurônios e volume, e correlação forte para densidade. Com o mesmo teste, realizou-se análise das variáveis neuronais em função da idade, e não houve alteração estatisticamente significativa. Apenas uma tendência à diminuição no volume total da SN em relação à idade. Também verificou-se a relação entre as variáveis neuronais, por gênero em função da idade e não houve alteração estatisticamente significativa. Nas reconstruções tridimensionais, verificou-se uma grande variabilidade interpessoal entre as 15 SN reconstruídas. DISCUSSÃO: Diversos estudos estereológicos foram feitos, mas poucos deles com análise estereológica sem viés e a maior parte deles demonstra diminuição no número de neurônios, discordando dos achados atuais. A reconstrução tridimensional também não descreve alterações decorrentes do envelhecimento, mas aparentemente modificações interpessoais. CONCLUSÃO: As características da substância negra se mantém ao longo dos anos, porém, ainda devem ser muito mais estudadas / INTRODUTION: Some aspects about maco and micro braischanges are suffering modifications along the years. The presence and extension of neuronal lost in elderly still a big and polemic issue. The SUBSTANTIA NIGRA (SN) is located at the midbrain and characterized by the dark color due to the pigmented neurons, which contain neuromelanin. The SNs aging is still a mystery, nevertheless, there are great researches related to these changes suffered in this region by the years. Some of the researches noticed that neuronal lost in SN during the aging, while others claim that there are no significant modifications through this process.OBJECTIVE: Describing SN changes during the human aging in individuals with no Parkinsons disease symptoms, from the 3D cytoarchitectonic point of view. METHODS: This project is part of the Brain Aging Project of Brain Aging Study Group, in University of São Paulo Medical School. Eighteen cases had been analyzed and classified into four ages groups. Fifteen cases had been analyzed with stereological methos and 3D reconstructed. During the stereological analysis, were determinate the neuronal number, SN volume, neuronal density and submitted to nonparametric statistics test. Three cases had been immunostained with 4 different antibodies anti tyrosine-hydroxylase (TH), anti hyperphosphorylated tau (anti-tau), anti alfa-synuclein (alpha-syn) e anti calbindin D28k (Calb) and qualitatively analyzed. RESULTS: The immunostained slices with the anti alpha-syn and anti-tau antibodies were negative. The immunostained slices with anti TH and anti calb D28K antibodies were positive. From the 15 cases estereologically analyzed, 53,3% were female and 46,7% male. Had been analyzed neuron numbers, SN volume and neuronal density. For the neural numbers were found median of 504.575 cells, minimum value of 348.662 cells and maximum value of 672.172 cells. For the volume were found median of 190,8mm³; minimum value of 134,1mm³ and maximum value of 267,3mm³. For the total density, was found median of de 2.517,4 cel/mm³, minimum value of 1603,1 cel/mm³ , maximum value of 5015,7 cel/mm³. The Spearmans correlation test had been done to the three neuronal variable correlating the right and left hemispheres and was a moderated correlation between neuron numbers and neuron volume and strong correlation to density. Using the same test, the rate neuron by the age analysis had been concluded and there was no significant change.There was noticed just one trend to the reduction in the SN total volume related to aging. It was also checked the relation between the neurons variety by gender considering aging and there was no significant changes. In the 3D reconstruction, was possible to notice a great interpersonal variability between the 15 SN rebuilt. DISCUSSION: Many stereological researches had been done, however, a few of them used the unbiased stereological analysis and most of them show a reduction in the neuron number, disagreeing from the current conclusions. The 3D reconstruction also dont describe changes as aging result, but apparently interpersonal changes. CONCLUSION: The Substantia Nigra maintain the same characteristics along the years, however, it must be much more explored

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-06-27Bitstream added on 2014-06-13T19:31:50Z : No. of bitstreams: 1 joiafilho_p_me_bauru.pdf: 1705037 bytes, checksum: e438b4083e3b354705865523aa6eb7a4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Uma das primeiras fases da análise estrutural por elementos finitos é a criação do modelo geométrico. Este modelo deve representar fielmente a estrutura no que diz respeito a ângulos, dimensões e forma. Quando os objetos de estudo são estruturas biomecânicas, a dificuldade na realização das análises aumenta, primeiro porque os modelos considerados apresentam geometria quase sempre irregular, segundo pela dificuldade na realização de experimentos desta natureza, já que envolvem, em geral, organismos e tecidos vivos. Inserida, portanto, no contexto de Modelagem Científica Computacional, esta pesquisa procurou aplicar a computação a outras áreas do conhecimento, com o objetivo de criar modelos computacionais para situações em que é inviável testar ou medir as diversas soluções possíveis para um fenômeno a partir de modelos experimentais, neste caso, regiões ósseas. Para atingir este objetivo um programa computacional foi desenvolvido: o bioMeshCreate. O bioMeshCreate é uma aplicação final, independente, multi-plataforma, orientado a objeto, implementado em C++ com o auxílio de um toolkit de visualização científica, o VTK (The Visualization Toolkit), e seu objetivo principal é reconstruir estruturas ósseas tridimensionais a partir de seções planas, normalmente imagens médicas digitais obtidas por exames de tomografia computadorizada ou ressonância magnética. A aplicação também permite visualizar as fatias planas, gerar a malha sobre a superfície reconstruída, aplicar filtros de redução de elementos e suavização de superfícies e integrar o volume obtido com softwares de análise por elementos finitos, a fim de completar a análise sobre a estrutura. Ainda é possível exportar dados em formatos compatíveis com processos de prototipagem rápida e gerar modelos de realidade virtual, os quais podem ser distribuídos e visualizados em um browser... / One of the first phases of the structural analysis by finite elements is to create a geometric model. This model must faithfully represent the structure in what is related to angles, dimensions and form. When the study objects are biomechanical structures, the level of difficulty in the accomplishment of the analyses increases, first because the considered models present geometry almost always irregular, second for the difficulty for the accomplishment of experiments of this nature, as they involve, in general, organisms and live tissues. Inserted, therefore, in the context of Scientific Computational Modeling, this research tried to apply the computation to other areas of knowledge, with the objective of creating computational models for situations in which testing or measuring the several possible solutions for a phenomenon starting from experimental models isn’t viable, in this case, bone areas. To reach this purpose, a computational program was developed: the bioMeshCreate. The bioMeshCreate is a final application, independent, multi-platform, object-oriented, developed in C++ with the support of a toolkit for scientific visualization, the VTK (The Visualization Toolkit), and its main objective is to rebuild three-dimensional bone structures starting from plane sections, usually digital medical images obtained by exams of computed tomography or magnetic resonance. The application allows the visualization plane slices, to generate the mesh on the rebuilt surface, to apply filters of elements reduction and mesh smoothing and to integrate the volume obtained with finite elements analysis softwares, in order to complete the analysis on the structure. It is still possible to export data in compatible formats with rapid prototyping processes, and to generate virtual reality models, which can be distributed and visualized in a browser. Tests with patients' real data were accomplished... (Complete abstract click elctronic access below)

Orientador: Siome Klein Goldenstein / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T11:06:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hauagge_DanielCabrini_M.pdf: 29273846 bytes, checksum: d697300202f6081a1441b4748b9a711c (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Apresentamos nesta dissertação quatro algoritmos voltados para a classicação automatizada de frutas. A subtração de fundo baseada na distância de Mahalanobis. O rastreamento das frutas em uma esteira usando a subtração de fundo, casamento de padrões e fluxo óptico. A reconstrução tridimensional da fruta a partir de imagens dela na esteira, onde recuperamos a posição da câmera com relação a fruta usando fluxo óptico e uma estimativa grosseira do movimento da fruta. A forma da fruta é obtida a partir das silhuetas reprojetadas no espaço tridimensional usando duas abordagens diferentes. Finalmente, a localização do pedúnculo e cálice a partir do eixo de simetria da reconstrução tridimensional. Realizamos testes com os quatro algoritmos. Obtivemos bons resultados com os dois primeiros. Para a reconstrução tridimensional verificamos bons resultados para algumas etapas do processo (fluxo óptico, estimativa inicial e otimização não-linear do movimento de câmera). Resultados fracos foram obtidos para a reprojeção das silhuetas usando os dois métodos. Analisamos as causas dos erros e propomos métodos que poderiam ser usados para melhorá-los. Os resultados da localização do pedúnculo e cálice foram insatisfatórios mas acreditamos que melhorariam se obtivéssemos uma reconstrução mais precisa. Também criamos um sistema de captura que reproduz as condições dentro de um sistema comercial de classificação. Com este aparato construímos quatro grandes bases de dados com aproximadamente 3000 frutas, 35 imagens de cada uma, contendo quatro variedades de maçã. Outras 6 bases menores foram criadas. / Abstract: We present in this dissertation four algorithms targeted at the automated classification of fruits. Background subtraction based on Mahalanobis distance. Fruit tracking on a conveyor belt using background subtraction, pattern matching and optical flow. The 3D reconstruction of the fruit from its images on the conveyor belt, where we recover the camera position, with respect to the fruit, using optical flow and a rough estimate of fruit motion. The fruit's shape is recovered from the silhouette re-projected into 3D space using two different approaches. Finally, the location of the stem and calyx based on the symmetry axis of the 3D reconstruction. We also present the results of tests conducted with the four algorithms. We obtained good results with the first two. For the three-dimensional reconstruction we obtained good results with some of the intermediary steps (optical flow, initial estimate and nonlinear re_nement of camera motion). Poor results were obtained for the re-projection of the silhouette's, using two approaches. We analyze the causes of these difficulties and suggest approaches that could improve them. The localization of stem and calyx was compromised by the poor 3D reconstruction so we believe that it will improve once we address the problems with the reconstruction algorithm. We created an image capturing system that reproduces the conditions inside a commercial grading machine. With this device we acquired four big data sets with approximately 3000 apples, 35 images of each, comprising four varieties. Another 6 smaller data-sets were also created. / Mestrado / Visão Computacional / Mestre em Ciência da Computação