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This contribution will report on further challenges if STEMSI is used for the acquisition of water transport in a heterogeneous root phantom and around the roots of a life plant system. While a 3D MRI image of the root system with sufficient spatial resolution is necessary it is also important to obtain the full 3D information of the velocity vector for the water movement in the vicinity of the plant roots. These requirements need to be balanced against the necessary acquisition time for this 6D data set since the plant is growing and therefore changing its root system over time. To meet this requirement the concepts for Stimulated Echo Acquisition Mode (STEAM) [4] have been fully incorporated into the STEMSI method, thus enabling rapid multi-slice acquisition while retaining sufficient signal to noise ratios.

A busca de sistemas de comunicação eficientes e econômicos é cada vez maior, principalmente com o aumento da demanda por tráfego e banda de transmissão. Conhecidas pela utilização eficiente de largura de banda, as redes ópticas de segmentação espectral flexível têm sido intensamente estudadas e são consideradas boas candidatas para a próxima geração de redes. Tais redes flexíveis utilizam formatos de modulação multinível e multiplexação multiportadora. Sistemas com alta capacidade de transmissão devem ser extremamente confiáveis, pois a falha em um dispositivo ou enlace da rede acarreta enorme perda de dados. Por isso, as técnicas de proteção e restauração do tráfego devem ser eficientes, de modo a garantir a sobrevivência da rede. Neste trabalho, foi desenvolvido um algoritmo capaz de lidar com cada requisição de conexão, encontrar um caminho óptico para transmissão e reservar outro caminho para recuperação do tráfego em caso de falha na rede. A seleção dos caminhos primário e de proteção utiliza a técnica smart-fit, que escolhe a solução com menor custo final, definido pela distância da rota percorrida somada ao custo do índice inicial da faixa espectral alocada, buscando equilibrar a escolha entre a posição no espectro e rota escolhida. Além disso, são definidos custos diferentes para slots de frequência livres e compartilhados, a fim de incentivar o compartilhamento espectral em caminhos de proteção. Dentre as técnicas de alocação espectral, a varredura com janela espectral varre o espectro em todos os enlaces da rota, slot por slot, em busca de uma faixa livre com tamanho suficiente para atender uma demanda. Neste trabalho, foi desenvolvida uma técnica chamada busca lógica, que lida simultaneamente com todos os enlaces da rota ao realizar operações lógicas com seus espectros. Em seguida, é realizada uma convolução entre a janela espectral, com tamanho da demanda, e o espectro resultante. A partir desse resultado, é possível saber as posições no espectro onde a demanda poderá ser alocada. Tal técnica, como será demonstrado, é mais veloz que a varredura com janela espectral. Para garantir a eficácia e confiabilidade do algoritmo, utilizando o software MATLAB, avaliou-se a probabilidade de bloqueio e probabilidade de bloqueio de banda, a fragmentação espectral média na rede, o grau de compartilhamento, a taxa de utilização espectral e a taxa de capacidade reservada. O algoritmo desenvolvido foi capaz de organizar o tráfego na rede de modo ordenado e pouco fragmentado, além de utilizar de maneira eficiente os recursos destinados à proteção. / The search for efficient and economical communication systems is increasing, especially with the increased demand for traffic and bandwidth transmission. The elastic optical networks, well known for their efficient using of bandwidth, have been thoroughly studied and are considered good candidates for the next generation networks. Such flexible networks use multilevel modulation formats and multicarrier multiplexing. Systems with high transmission capacity should be extremely reliable, as a failure in a device or link brings huge data loss. Therefore, traffic protection and restoration techniques should be efficient, to ensure network survivability. In this work, we propose an algorithm capable of managing each connection request, finding an optical path for transmission and a protection path to recover traffic in case of network failure. The selection of the primary and protection path uses the smart-fit technique, which chooses the solution with the lower final cost, defined by the route\'s distance plus the index\'s cost of the first slot of the allocated spectrum, in order to balance the choice between the position in the spectrum and the chosen route. In addition, different costs for free or shared frequency slots are defined, so as to encourage spectral sharing in protection paths. Among the spectrum allocation techniques, scanning with spectrum window scans the spectrum in all links of the route, slot by slot, searching for a free band large enough to meet the demand. In this work, we developed a new technique, called logical search, that simultaneously deals with all the links in the route, by performing logical operations with them. Then, a convolution is performed between a spectrum window, with the same size of the demand, and the resulting spectrum. From this result, it is possible to know all the positions in the spectrum where the demand may fit. This technique, as will be shown, is faster than the scan with spectrum window. To guarantee the efficiency and reliability of the algorithm, using the MATLAB software, we evaluated the blocking probability and bandwidth blocking probability, the average spectral fragmentation in the network, the shareability ratio, the spectral utilization ratio and the spare capacity ratio. The developed algorithm was able to organize the traffic in an orderly and less fragmented way, and use the protection resources efficiently.

A busca de sistemas de comunicação eficientes e econômicos é cada vez maior, principalmente com o aumento da demanda por tráfego e banda de transmissão. Conhecidas pela utilização eficiente de largura de banda, as redes ópticas de segmentação espectral flexível têm sido intensamente estudadas e são consideradas boas candidatas para a próxima geração de redes. Tais redes flexíveis utilizam formatos de modulação multinível e multiplexação multiportadora. Sistemas com alta capacidade de transmissão devem ser extremamente confiáveis, pois a falha em um dispositivo ou enlace da rede acarreta enorme perda de dados. Por isso, as técnicas de proteção e restauração do tráfego devem ser eficientes, de modo a garantir a sobrevivência da rede. Neste trabalho, foi desenvolvido um algoritmo capaz de lidar com cada requisição de conexão, encontrar um caminho óptico para transmissão e reservar outro caminho para recuperação do tráfego em caso de falha na rede. A seleção dos caminhos primário e de proteção utiliza a técnica smart-fit, que escolhe a solução com menor custo final, definido pela distância da rota percorrida somada ao custo do índice inicial da faixa espectral alocada, buscando equilibrar a escolha entre a posição no espectro e rota escolhida. Além disso, são definidos custos diferentes para slots de frequência livres e compartilhados, a fim de incentivar o compartilhamento espectral em caminhos de proteção. Dentre as técnicas de alocação espectral, a varredura com janela espectral varre o espectro em todos os enlaces da rota, slot por slot, em busca de uma faixa livre com tamanho suficiente para atender uma demanda. Neste trabalho, foi desenvolvida uma técnica chamada busca lógica, que lida simultaneamente com todos os enlaces da rota ao realizar operações lógicas com seus espectros. Em seguida, é realizada uma convolução entre a janela espectral, com tamanho da demanda, e o espectro resultante. A partir desse resultado, é possível saber as posições no espectro onde a demanda poderá ser alocada. Tal técnica, como será demonstrado, é mais veloz que a varredura com janela espectral. Para garantir a eficácia e confiabilidade do algoritmo, utilizando o software MATLAB, avaliou-se a probabilidade de bloqueio e probabilidade de bloqueio de banda, a fragmentação espectral média na rede, o grau de compartilhamento, a taxa de utilização espectral e a taxa de capacidade reservada. O algoritmo desenvolvido foi capaz de organizar o tráfego na rede de modo ordenado e pouco fragmentado, além de utilizar de maneira eficiente os recursos destinados à proteção. / The search for efficient and economical communication systems is increasing, especially with the increased demand for traffic and bandwidth transmission. The elastic optical networks, well known for their efficient using of bandwidth, have been thoroughly studied and are considered good candidates for the next generation networks. Such flexible networks use multilevel modulation formats and multicarrier multiplexing. Systems with high transmission capacity should be extremely reliable, as a failure in a device or link brings huge data loss. Therefore, traffic protection and restoration techniques should be efficient, to ensure network survivability. In this work, we propose an algorithm capable of managing each connection request, finding an optical path for transmission and a protection path to recover traffic in case of network failure. The selection of the primary and protection path uses the smart-fit technique, which chooses the solution with the lower final cost, defined by the route\'s distance plus the index\'s cost of the first slot of the allocated spectrum, in order to balance the choice between the position in the spectrum and the chosen route. In addition, different costs for free or shared frequency slots are defined, so as to encourage spectral sharing in protection paths. Among the spectrum allocation techniques, scanning with spectrum window scans the spectrum in all links of the route, slot by slot, searching for a free band large enough to meet the demand. In this work, we developed a new technique, called logical search, that simultaneously deals with all the links in the route, by performing logical operations with them. Then, a convolution is performed between a spectrum window, with the same size of the demand, and the resulting spectrum. From this result, it is possible to know all the positions in the spectrum where the demand may fit. This technique, as will be shown, is faster than the scan with spectrum window. To guarantee the efficiency and reliability of the algorithm, using the MATLAB software, we evaluated the blocking probability and bandwidth blocking probability, the average spectral fragmentation in the network, the shareability ratio, the spectral utilization ratio and the spare capacity ratio. The developed algorithm was able to organize the traffic in an orderly and less fragmented way, and use the protection resources efficiently.

Numerical simulations are often used in computer graphics to capture the effects of natural phenomena such as fire, water and smoke. However, simulating large-scale events in this way, with the details needed for feature film, poses serious problems. Grid-based simulations at resolutions sufficient to incorporate small-scale details would be costly and use large amounts of memory, and likewise for particle based techniques. To overcome these problems, a new framework for simulation and rendering of gaseous phenomena is presented in this thesis. It makes use of a combination of different existing concepts for such phenomena to resolve many of the issues in using them separately, and the result is a potent method for high-detailed simulation and rendering at low cost. The developed method utilizes a slice refinement technique, where a coarse particle input is transformed into a set of two-dimensional view-aligned slices, which are simulated at high resolution. These slices are subsequently used in a rendering framework accounting for light scattering behaviors in participating media to achieve a final highly detailed volume rendering outcome. However,the transformations from three to two dimensions and back easily introduces visible artifacts, so a number of techniques have been considered to overcome these problems, where e.g. a turbulence function is used in the final volume density function to break up possible interpolation artifacts.

Aneurisma de Aorta Abdominal (AAA) é definido como uma dilatação localizada e permanente da parede arterial, geralmente com ocorrência entre as artérias renais e as ilíacas, como conseqüência do enfraquecimento dessa parede ou devido a uma solicitação anormal sobre sua estrutura normal. Essa afecção acomete principalmente a população idosa acima de 65 anos de idade, tendo como principais fatores de risco: tabagismo, hipertensão arterial, histórico familiar e doença obstrutiva crônica pulmonar. A prevalência está aumentando nos últimos anos, havendo uma duplicação dos casos diagnosticados nos Estados Unidos (Bonamigo e Von Ristow, 1999). Hoje o AAA é a 13ª causa de morte nos Estados Unidos, em homens com mais de 65 anos e no caso de aneurisma roto, é a 3ª causa de morte súbita nos Estados Unidos. A mortalidade global do AAA roto está em torno de 80% nos países que têm verificação sistemática e compulsória da causa de óbitos. Isto ocorre devido ao fato de uma hemorragia substancial intra-abdominal geralmente ser acompanhada de atraso no transporte e diagnóstico, e da necessidade de cirurgia de emergência em pacientes idosos que, freqüentemente, tem uma significativa comorbidade renal e cardiopulmonar. Acredita-se que a formação e o crescimento do aneurisma de aorta abdominal são acompanhados do crescimento da tensão na parede da aorta e/ou de uma diminuição da capacidade do tecido de suportar tal tensão. A ruptura ocorre quando a tensão atuante na parede excede a tensão que pode ser suportada pelo tecido. O risco de ruptura aumenta com o crescimento do tamanho do aneurisma, da tensão na parede e é agravado quando associado à hipertensão arterial. No estudo foram obtidos dados morfológicos da região torácica de um paciente com a utilização de tomografia computadorizada multi-fatias. Essas imagens DICOM (Comunicação de Imagens Digitais em Medicina) foram tratadas para selecionar apenas a região de interesse, obtendo-se um modelo tridimensional da aorta infra-renal e artérias ilíacas. A partir daí, foi confeccionado um modelo físico com a utilização de prototipagem rápida. Um simulador cardiovascular controlado por computador foi desenvolvido com o intuito de replicar características fisiológicas e patológicas do sistema cardiovascular humano. Esse modelo de aneurisma foi utilizado para simulação em bancada experimental, onde é possível reproduzir alguns parâmetros como pressão, fluxo, temperatura, resistência e complacência vascular. Também foi gerado um modelo computacional onde os parâmetros obtidos na simulação in vitro foram utilizados como condição de contorno inicial para o estudo computacional. Foram adotados padrões normotenso e hipertenso, e os resultados computacionais e experimentais foram analisados e comparados. O trabalho propõe uma metodologia que possibilite a obtenção de dados anatômicos e hemodinâmicos relativos ao segmento arterial acometido pela afecção, com o objetivo de fornecer informações adicionais no diagnóstico do aneurisma de aorta. / Abdominal Aortic Aneurysm (AAA) is defined as a focal and permanent dilatation of the arterial wall, most often occurring in between the renal and iliac arteries, as consequence of arterial wall weakness or because of an abnormal solicitation of that normal structure. This disease primarily affects elderly population over 65 years of age, and the most important risk factors are smoking, hypertension, family history and chronic obstructive pulmonary disease. In the last years, the prevalence is rising up almost twice the diagnosed cases in the United States (Bonamigo and Von Ristow, 1999). Nowadays, AAA is the thirtieth cause of death in the United States, in the elderly masculine population over 65 years of age, and in case of ruptured aneurysm, it is the third cause of sudden death in the United States. The overall mortality rate is about 80% in countries with systematic and compulsory evaluation of death cause. This is due to the fact that substantial intra-abdominal hemorrhage is often accompanied by delays in transport and diagnoses, and the need for emergency surgery in elderly patients that frequently have significant renal and cardiopulmonary comorbidity. It is suggested that the formation and expansion of the AAA are accompanied by wall stress increasing and / or decreasing in the tissue capacity to withstand this stress. The rupture occurs when the wall stress exceed the stress the tissue can accept. The risk of rupture increases with aneurysm expansion, wall stress increasing and it is exacerbated when associated with arterial hypertension. In the present work, morphological data from thoracic region of the patient was acquired by using multi-slice CT (Computed Tomography). These DICOM images had been treated to select only the interest region, getting a three-dimensional infra-renal aortic and iliac model. Then, it was made a physical model by using rapid prototyping. This model was used for in vitro experimentation in a computer controlled mock system, in which it is possible to replicate physiological and pathological characteristics of human being cardiovascular system. Some parameters such as pressure, flow, temperature, vascular resistance and compliance can be reproduced by the use of a mock circulatory system. These parameters were used as initial boundary conditions in order to calibrate a computational model. It was adopted normotensive and hypertensive patterns and computational and experimental results were analyzed and compared. The paper proposes a methodology which allows the acquisition of anatomical and hemodynamic data on the vessel segment affected by the pathology, with the goal of providing additional information in the diagnosis of aortic aneurysm.

Aneurisma de Aorta Abdominal (AAA) é definido como uma dilatação localizada e permanente da parede arterial, geralmente com ocorrência entre as artérias renais e as ilíacas, como conseqüência do enfraquecimento dessa parede ou devido a uma solicitação anormal sobre sua estrutura normal. Essa afecção acomete principalmente a população idosa acima de 65 anos de idade, tendo como principais fatores de risco: tabagismo, hipertensão arterial, histórico familiar e doença obstrutiva crônica pulmonar. A prevalência está aumentando nos últimos anos, havendo uma duplicação dos casos diagnosticados nos Estados Unidos (Bonamigo e Von Ristow, 1999). Hoje o AAA é a 13ª causa de morte nos Estados Unidos, em homens com mais de 65 anos e no caso de aneurisma roto, é a 3ª causa de morte súbita nos Estados Unidos. A mortalidade global do AAA roto está em torno de 80% nos países que têm verificação sistemática e compulsória da causa de óbitos. Isto ocorre devido ao fato de uma hemorragia substancial intra-abdominal geralmente ser acompanhada de atraso no transporte e diagnóstico, e da necessidade de cirurgia de emergência em pacientes idosos que, freqüentemente, tem uma significativa comorbidade renal e cardiopulmonar. Acredita-se que a formação e o crescimento do aneurisma de aorta abdominal são acompanhados do crescimento da tensão na parede da aorta e/ou de uma diminuição da capacidade do tecido de suportar tal tensão. A ruptura ocorre quando a tensão atuante na parede excede a tensão que pode ser suportada pelo tecido. O risco de ruptura aumenta com o crescimento do tamanho do aneurisma, da tensão na parede e é agravado quando associado à hipertensão arterial. No estudo foram obtidos dados morfológicos da região torácica de um paciente com a utilização de tomografia computadorizada multi-fatias. Essas imagens DICOM (Comunicação de Imagens Digitais em Medicina) foram tratadas para selecionar apenas a região de interesse, obtendo-se um modelo tridimensional da aorta infra-renal e artérias ilíacas. A partir daí, foi confeccionado um modelo físico com a utilização de prototipagem rápida. Um simulador cardiovascular controlado por computador foi desenvolvido com o intuito de replicar características fisiológicas e patológicas do sistema cardiovascular humano. Esse modelo de aneurisma foi utilizado para simulação em bancada experimental, onde é possível reproduzir alguns parâmetros como pressão, fluxo, temperatura, resistência e complacência vascular. Também foi gerado um modelo computacional onde os parâmetros obtidos na simulação in vitro foram utilizados como condição de contorno inicial para o estudo computacional. Foram adotados padrões normotenso e hipertenso, e os resultados computacionais e experimentais foram analisados e comparados. O trabalho propõe uma metodologia que possibilite a obtenção de dados anatômicos e hemodinâmicos relativos ao segmento arterial acometido pela afecção, com o objetivo de fornecer informações adicionais no diagnóstico do aneurisma de aorta. / Abdominal Aortic Aneurysm (AAA) is defined as a focal and permanent dilatation of the arterial wall, most often occurring in between the renal and iliac arteries, as consequence of arterial wall weakness or because of an abnormal solicitation of that normal structure. This disease primarily affects elderly population over 65 years of age, and the most important risk factors are smoking, hypertension, family history and chronic obstructive pulmonary disease. In the last years, the prevalence is rising up almost twice the diagnosed cases in the United States (Bonamigo and Von Ristow, 1999). Nowadays, AAA is the thirtieth cause of death in the United States, in the elderly masculine population over 65 years of age, and in case of ruptured aneurysm, it is the third cause of sudden death in the United States. The overall mortality rate is about 80% in countries with systematic and compulsory evaluation of death cause. This is due to the fact that substantial intra-abdominal hemorrhage is often accompanied by delays in transport and diagnoses, and the need for emergency surgery in elderly patients that frequently have significant renal and cardiopulmonary comorbidity. It is suggested that the formation and expansion of the AAA are accompanied by wall stress increasing and / or decreasing in the tissue capacity to withstand this stress. The rupture occurs when the wall stress exceed the stress the tissue can accept. The risk of rupture increases with aneurysm expansion, wall stress increasing and it is exacerbated when associated with arterial hypertension. In the present work, morphological data from thoracic region of the patient was acquired by using multi-slice CT (Computed Tomography). These DICOM images had been treated to select only the interest region, getting a three-dimensional infra-renal aortic and iliac model. Then, it was made a physical model by using rapid prototyping. This model was used for in vitro experimentation in a computer controlled mock system, in which it is possible to replicate physiological and pathological characteristics of human being cardiovascular system. Some parameters such as pressure, flow, temperature, vascular resistance and compliance can be reproduced by the use of a mock circulatory system. These parameters were used as initial boundary conditions in order to calibrate a computational model. It was adopted normotensive and hypertensive patterns and computational and experimental results were analyzed and compared. The paper proposes a methodology which allows the acquisition of anatomical and hemodynamic data on the vessel segment affected by the pathology, with the goal of providing additional information in the diagnosis of aortic aneurysm.

The determination of the center slice, defined as a slice through the lateral ventricles in the axial plane in a volume of MR images is important to the segmentation of the image into its anatomical parts. The center or ventricle slice in a set of MR images is recognized by the shape of the ventricles in the axial plane as depicted by the cerebro-spinal fluids in the image. Currently, no technique exists to detect this slice and the purpose of this thesis is to find a slice through the lateral ventricles in the axial plane from a volume of MRI brain scan slices. There are several methodologies which will be discussed in the thesis, the Hough Transform and Object Matching using deformable templates being the primary ones. It is shown, in the test cases used, that these algorithms used together provided results that had almost 80 percent accuracy. However, a simple method to spatially calculate the center slice is also competitive in accuracy.