Introdução: A terapia a laser de baixa intensidade (LLLT) é uma importante ferramenta na biomodulação tecidual quando do processo cicatricial de uma ferida ou dano cirúrgicos. A sua aplicação favorece o reparo ósseo na região de implantes dentários. Objetivos: Avaliar as alterações no processo de reparo ósseo perimplantar em alvéolo do incisivo inferior de coelho após exodontia seguido da instalação imediata de um implante osseointegrável, irradiado ou não com laser de baixa intensidade (AsGaAl) em diferentes parâmetros através da análise da densidade de imagem perimplantar por tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC) e histomorfométrica da interação entre osso e implante. Verificar a aplicabilidade da TCFC no controle pós-operatório de implantes dentários através de correlação com a microscopia óptica. Metodologia: A amostra foi composta por vinte e quatro fragmentos de mandíbulas dissecadas de coelhos contendo um implante dentário colocado após a exodontia. A distribuição das amostras foi realizada de forma que cada grupo conteve seis mandíbulas, sendo um grupo controle (C) e três grupos experimentais (EI, EII, EIII) seguindo o padrão de aplicação da laserterapia, nos animais in vivo durante 13 dias. O grupo controle recebeu aplicação de laser placebo. O grupo EI recebeu dose de 70J/cm2, o EII-35J/cm2 e o EIII-140J/cm2. Aos 45 dias do experimento todos os animais foram mortos tendo suas mandíbulas dissecadas e submetidas à TCFC para análise da densidade de imagem perimplantar através de dois métodos de avaliação (linear e área retangular). Após, as amostras foram incluídas em resina e preparadas para análise através de microscopia óptica. Na análise histomorfométrica foi mensurada a extensão linear de contato entre osso e implante (ELCOI), a área óssea por espira (AOE), a área óssea retangular (AOR) e a área de fibras colágenas (FC) das três espiras médias do implante. Resultados: Os resultados foram analisados através da análise de variância (ANOVA) complementada pelo teste de comparações múltiplas de Tukey ao nível de significância de 5%. Observou-se um aumento da ELCOI e da FC para o grupo EIII em comparação com os demais grupos. A avaliação linear por TCFC demonstrou médias de nível de cinza mais elevadas para o grupo EIII em comparação com os demais grupos e que os grupos EI e EII apresentaram valores maiores que o grupo C. A avaliação da área retangular por TCFC e avaliações histomorfométricas de área óssea retangular (AOR) e por espira (AOE) não apresentaram diferenças significativas entre os grupos. Não foi possível detectar correlação entre as análises dos resultados obtidos por histomorfometria e TCFC através do coeficiente de correlação de Pearson ao nível de significância de 5%. Conclusão: A LLLT biomodula positivamente o reparo ósseo perimplantar na dose de 140J/cm2. A densidade de imagem perimplantar avaliada pelos dois métodos propostos obtidos por TCFC não demonstrou correlação significativa com os resultados da histomorfometria, sendo discutível sua aplicação no controle pós-operatório de implantes dentários. / Introduction: The use of low level laser therapy (LLLT) is an important tool in tissue biomodulation during the healing process of a wound or surgical damage. The application promotes bone repair in the area of dental implants. Objectives: To evaluate the changes in the peri-implant bone healing in mandibular incisor alveoli of rabbits after extraction followed by immediate installation of an osseointegrated implant, irradiated or not with low intensity laser (GaAlAs) on different parameters by analyzing the image density perimplantar with cone beam computed tomography (CBCT) and histomorphometry of the interaction between bone and implant. Verify the applicability of CBCT in postoperative follow up of dental implants through correlation with optical microscopy. Methodology: The sample was composed of twenty-four fragments of dissected rabbits jaws containing a dental implant placed after the extraction. The distribution of samples was performed so that each group contained six jaws A sample was divided in one control group (C) and three experimental groups (EI, EII, EIII) in which the standard laser therapy was applied in live animals for 13 days. The control group received placebo laser application. The EI group received a dose 70J/cm2, EII-35J/cm2 and EIII-140J/cm2. At 45 days of the experiment all animals were killed and their mandibles were dissected and submitted for analysis to the CBCT image density perimplantar through two evaluation methods (linear and rectangular area). After the samples were embedded in resin and prepared for analysis by optical microscopy. In histomorphometry was measured the bone-implant contact (BIC), bone area within the implant threads (BAS), bone area rectangular (BAR) and the area of collagen fibers (CF) of three median spirals of the implant. Results: The results were analyzed by analysis of variance (ANOVA) complemented by the multiple comparison test of Tukey at a significance level of 5%. It was observed an increase in BIC and CF for the group EIII compared to the other groups. The CBCT linear evaluation demonstrated gray level averages higher for the group EIII compared to the other groups and that the groups EI and EII were higher than group C. The evaluation of the rectangular area by CBCT and ratings histomorphometric bone area rectangular (BAR) and within the implant threads (BAT) showed no significant differences between groups. There were no significant relation between the analyzes of the results obtained by histomorphometry and CBCT through the Pearson correlation coefficient at a significance level of 5%. Conclusion: LLLT modulates positively bone repair in the peri-implant with dose 140J/cm2. The image density perimplantar evaluated by the two proposed methods obtained by CBCT demonstrated no significant correlation with the results of histomorphometry, being moot its application in controlling postoperative dental implants.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de \"software\" para processamento, visualização e manipulação de imagens tomográficas obtidas por RM. Primeiramente, foi desenvolvido um sistema para uma estação de trabalho Interpro 32&#176C, da Intergraph. Este sistema foi desenvolvido de forma amigável, utilizando-se janelas e \"menus\", para efetuar a interação com o usuário. Foram analisadas e implementadas várias operações de processamento de imagens, tais como: filtros digitais, manipulação da imagem através do seu histograma e medidas estatísticas sobre regiões da imagem. A experiência e o conhecimento obtido com esta implementação, (oram utilizados para definir e desenvolver um novo ambiente gráfico, para uma arquitetura de \"hardware\" baseada no processador gráfico TMS34010 da Texas Instruments, previamente desenvolvida no Laboratório de Instrumentação Eletrônica (LIE). Este ambiente, que suporta menus e janelas, foi desenvolvido utilizando-se das instruções gráficas inerentes à família TMS340. Foram desenvolvidas rotinas de comunicação com o hospedeiro, as quais permitem, por exemplo, que as imagens armazenadas no hospedeiro sejam transmitidas para a arquitetura dedicada. As mesmas rotinas foram utilizadas para depurar e validar o sistema gráfico. / The present work describes the development of a software system to process, visualize and manipulate Magnetic Resonance Images. First an application software W8S developed for an Interpro 32&#176C Intergraph workstation. In this menu and window based 8Oftware, image operations such as filters, transformations and image manipulation based on histograms with statistical data was implemented and evaluated. The knowledge and experience obtained with this implementation was subsequently used to define and design a new graphic environment for a dedicated TMS340 based hardware architecture previously developed in our laboratory. This new toolkit provides window and menu support, and was developed through extensive use of the powerful TMS340 native graphics instructions. Debugging and tracing routines were developed based on an implemented host (PC) - graphics processor board communication system. The same communication software was also used in the examples to perform menu selected downloads of images and functions from the host.

Neste trabalho, é apresentado um novo modelo de reconstrução tridimensional (3D) para amostras agrícolas com filtragem de Wiener em processamento paralelo, o qual é obtido a partir de reconstruções tomográficas bidimensionais (2D). No desenvolvimento, foram modelados algoritmos paralelos de retroprojeção filtrada e reconstrução tridimensional, baseando-se na inserção de um conjunto de planos virtuais entre pares de planos reais obtidos em ensaios tomográficos de raios X na faixa de energia de 56 keV a 662 keV. No modelo, os planos virtuais gerados em algoritmo paralelo são implementados com base na técnica de interpolação por B-Spline-Wavelet. Para validação do modelo desenvolvido, foi utilizada uma plataforma paralela composta de 4 processadores DSP, a qual possibilitou a troca de dados entre os processadores DSP e o envio de informações para o host, um computador desktop com processador Pentium III operando em 800 MHz. A extração de medidas de eficiência, de ganho e de precisão dos algoritmos paralelos foi realizada com base em um conjunto de amostras agrícolas (solo, vidro e madeiras) e de phantoms de calibração. Nessa avaliação, observou-se que o algoritmo de reconstrução 2D, utilizado como base para o algoritmo de reconstrução 3D, possibilitou uma alta eficiência para imagens de maior resolução, atingindo um pico de 92% de eficiência na resolução de 181X181 pixels. O algoritmo paralelo de reconstrução 3D foi analisado para um conjunto de amostras, sob diferentes configurações de planos reais e virtuais, organizados de forma a possibilitarem a avaliação do impacto causado pelo aumento da granularidade da comunicação e da carga de trabalho. Um melhor desempenho, com ganho médio igual a 3,4, foi obtido na reconstrução de objetos que demandaram o cálculo de um maior número de planos. Também, buscou-se conhecer a adaptabilidade do modelo para uso em arquitetura convencional, sendo que neste caso o uso de MPI permitiu a comunicação entre as tarefas projetadas em cada algoritmo paralelo. Adicionamente, foram incluídas ferramentas de visualização 2D e 3D para que usuários possam analisar as imagens e as características das amostras agrícolas em ambiente tridimensional. Os resultados obtidos indicam que o modelo de reconstrução 3D paralela trouxe contribuições originais para a área de tomografia agrícola aplicada à física de solos, bem como para a criação de ferramentas que viabilizem explorar recursos computacionais disponíveis em arquiteturas paralelas que demandem elevada capacidade de processamento. / This work presents a new method for three dimensional (3D) image reconstruction dedicated to the investigation in soil physics by means of X-ray tomography which is obtained using two-dimensional (2D) tomographic image reconstructed slices. The conception of the 3D model for reconstruction and visualization was based on the filtered back projection algorithm, operating under parallel environment together the insertion of virtual planes between pairs of real planes obtained by X-Ray tomography under energies varying from 56 keV to 662 keV. In this model, the virtual planes were generated by interpolation with the use of B-Spline-Wavelets. The evaluation of the 3D reconstruction model was established by using a set of agricultural samples (i.e., soil, glass, wood and calibration phantoms) having different configuration for the planes. Such configuration was based on setting not only the sizes and the number of the real but also the virtual planes in the volume. This procedure allows the impact measurements as a function of the increasing in workload and the communication granularity. To validate the reconstruction model, a dedicated parallel architecture composed of 4 DSP processors was used. This board enables data exchange between DSP processors and communication with host computer. A measurement of efficiency with a speed up equal to 3.4 was obtained using the same set of samples and a better performance was observed with a higher number of planes. Also, to understand about its adaptability, the model was implemented in conventional architecture, using MPI library to enable communication between designed tasks. Additionally, 2D and 3D visualization tools based on Vizualization ToolKit were included in order to help users to analyze images and their characteristics. Results have shown that the 3D parallel model reconstruction brought original contributions for the soil science diagnosis by X-Ray tomography, as well as to explore the available computational resources in parallel architectures, which demands great processing capacity.

Introdução: A terapia a laser de baixa intensidade (LLLT) é uma importante ferramenta na biomodulação tecidual quando do processo cicatricial de uma ferida ou dano cirúrgicos. A sua aplicação favorece o reparo ósseo na região de implantes dentários. Objetivos: Avaliar as alterações no processo de reparo ósseo perimplantar em alvéolo do incisivo inferior de coelho após exodontia seguido da instalação imediata de um implante osseointegrável, irradiado ou não com laser de baixa intensidade (AsGaAl) em diferentes parâmetros através da análise da densidade de imagem perimplantar por tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC) e histomorfométrica da interação entre osso e implante. Verificar a aplicabilidade da TCFC no controle pós-operatório de implantes dentários através de correlação com a microscopia óptica. Metodologia: A amostra foi composta por vinte e quatro fragmentos de mandíbulas dissecadas de coelhos contendo um implante dentário colocado após a exodontia. A distribuição das amostras foi realizada de forma que cada grupo conteve seis mandíbulas, sendo um grupo controle (C) e três grupos experimentais (EI, EII, EIII) seguindo o padrão de aplicação da laserterapia, nos animais in vivo durante 13 dias. O grupo controle recebeu aplicação de laser placebo. O grupo EI recebeu dose de 70J/cm2, o EII-35J/cm2 e o EIII-140J/cm2. Aos 45 dias do experimento todos os animais foram mortos tendo suas mandíbulas dissecadas e submetidas à TCFC para análise da densidade de imagem perimplantar através de dois métodos de avaliação (linear e área retangular). Após, as amostras foram incluídas em resina e preparadas para análise através de microscopia óptica. Na análise histomorfométrica foi mensurada a extensão linear de contato entre osso e implante (ELCOI), a área óssea por espira (AOE), a área óssea retangular (AOR) e a área de fibras colágenas (FC) das três espiras médias do implante. Resultados: Os resultados foram analisados através da análise de variância (ANOVA) complementada pelo teste de comparações múltiplas de Tukey ao nível de significância de 5%. Observou-se um aumento da ELCOI e da FC para o grupo EIII em comparação com os demais grupos. A avaliação linear por TCFC demonstrou médias de nível de cinza mais elevadas para o grupo EIII em comparação com os demais grupos e que os grupos EI e EII apresentaram valores maiores que o grupo C. A avaliação da área retangular por TCFC e avaliações histomorfométricas de área óssea retangular (AOR) e por espira (AOE) não apresentaram diferenças significativas entre os grupos. Não foi possível detectar correlação entre as análises dos resultados obtidos por histomorfometria e TCFC através do coeficiente de correlação de Pearson ao nível de significância de 5%. Conclusão: A LLLT biomodula positivamente o reparo ósseo perimplantar na dose de 140J/cm2. A densidade de imagem perimplantar avaliada pelos dois métodos propostos obtidos por TCFC não demonstrou correlação significativa com os resultados da histomorfometria, sendo discutível sua aplicação no controle pós-operatório de implantes dentários. / Introduction: The use of low level laser therapy (LLLT) is an important tool in tissue biomodulation during the healing process of a wound or surgical damage. The application promotes bone repair in the area of dental implants. Objectives: To evaluate the changes in the peri-implant bone healing in mandibular incisor alveoli of rabbits after extraction followed by immediate installation of an osseointegrated implant, irradiated or not with low intensity laser (GaAlAs) on different parameters by analyzing the image density perimplantar with cone beam computed tomography (CBCT) and histomorphometry of the interaction between bone and implant. Verify the applicability of CBCT in postoperative follow up of dental implants through correlation with optical microscopy. Methodology: The sample was composed of twenty-four fragments of dissected rabbits jaws containing a dental implant placed after the extraction. The distribution of samples was performed so that each group contained six jaws A sample was divided in one control group (C) and three experimental groups (EI, EII, EIII) in which the standard laser therapy was applied in live animals for 13 days. The control group received placebo laser application. The EI group received a dose 70J/cm2, EII-35J/cm2 and EIII-140J/cm2. At 45 days of the experiment all animals were killed and their mandibles were dissected and submitted for analysis to the CBCT image density perimplantar through two evaluation methods (linear and rectangular area). After the samples were embedded in resin and prepared for analysis by optical microscopy. In histomorphometry was measured the bone-implant contact (BIC), bone area within the implant threads (BAS), bone area rectangular (BAR) and the area of collagen fibers (CF) of three median spirals of the implant. Results: The results were analyzed by analysis of variance (ANOVA) complemented by the multiple comparison test of Tukey at a significance level of 5%. It was observed an increase in BIC and CF for the group EIII compared to the other groups. The CBCT linear evaluation demonstrated gray level averages higher for the group EIII compared to the other groups and that the groups EI and EII were higher than group C. The evaluation of the rectangular area by CBCT and ratings histomorphometric bone area rectangular (BAR) and within the implant threads (BAT) showed no significant differences between groups. There were no significant relation between the analyzes of the results obtained by histomorphometry and CBCT through the Pearson correlation coefficient at a significance level of 5%. Conclusion: LLLT modulates positively bone repair in the peri-implant with dose 140J/cm2. The image density perimplantar evaluated by the two proposed methods obtained by CBCT demonstrated no significant correlation with the results of histomorphometry, being moot its application in controlling postoperative dental implants.

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2017-05-11T18:10:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Versão Atualizada Tese Eric Ferreira de Oliveira.pdf: 1865683 bytes, checksum: 517608a245f6372afd45b3bba78733d6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-11T18:10:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Versão Atualizada Tese Eric Ferreira de Oliveira.pdf: 1865683 bytes, checksum: 517608a245f6372afd45b3bba78733d6 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / CNEN / O estado da arte dos métodos aplicados para processos industriais é atualmente baseado em princípios de reconstruções tomográficas clássicas desenvolvidos para padrões tomográficos de distribuições estáticas, ou seja, são limitados a processos de pouca variabilidade. Ruídos e artefatos de movimento são os principais problemas causados pela incompatibilidade nos dados gerada pelo movimento. Além disso, em processos tomográficos industriais é comum um número limitado de dados podendo produzir ruído, artefatos e não concordância com a distribuição em estudo. Um dos objetivos do presente trabalho é discutir as dificuldades que surgem da implementação de algoritmos de reconstrução em tomografia dinâmica que foram originalmente desenvolvidos para distribuições estáticas. Outro objetivo é propor soluções que visam reduzir a perda de informação temporal devido a utilização de técnicas estáticas em processos dinâmicos. No que diz respeito à reconstrução de imagem dinâmica foi realizada uma comparação entre diferentes métodos de reconstrução estáticos, como MART e FBP, quando usado para cenários dinâmicos. Esta comparação foi baseada em simulações por MCNPX, e também analiticamente, de um cilindro de alumínio que se move durante o processo de aquisição, e também com base em imagens de cortes transversais de técnicas de CFD. Outra contribuição foi aproveitar o canal triplo de cores necessário para exibir imagens coloridas na maioria dos monitores, de modo que, dimensionando adequadamente os valores adquiridos de cada vista no sistema linear de reconstrução, foi possível imprimir traços temporais na imagem tradicionalmente reconstruída. Finalmente, uma técnica de correção de movimento usado no campo da medicina foi proposto para aplicações industriais, considerando-se que a distribuição de densidade nestes cenários pode apresentar variações compatíveis com movimentos rígidos ou alterações na escala de certos objetos. A ideia é usar dados conhecidos a priori ou durante o processo, como vetor deslocamento, e então usar essas informações para melhorar a qualidade da reconstrução. Isto é feito através da manipulação adequada da matriz peso no método algébrico, isto é, ajustando-se os valores para refletir o movimento objeto do previsto ou deformação. Os resultados de todas essas técnicas aplicadas em vários experimentos e simulações são discutidos neste trabalho. / The state of the art methods applied to industrial processes is currently based on the principles of classical tomographic reconstructions developed for tomographic patterns of static distributions, or is limited to cases of low variability of the density distribution function of the tomographed object. Noise and motion artifacts are the main problems caused by a mismatch in the data from views acquired in different instants. All of these add to the known fact that using a limited amount of data can result in the presence of noise, artifacts and some inconsistencies with the distribution under study. One of the objectives of the present work is to discuss the difficulties that arise from implementing reconstruction algorithms in dynamic tomography that were originally developed for static distributions. Another objective is to propose solutions that aim at reducing a temporal type of information loss caused by employing regular acquisition systems to dynamic processes. With respect to dynamic image reconstruction it was conducted a comparison between different static reconstruction methods, like MART and FBP, when used for dynamic scenarios. This comparison was based on a MCNPx simulation as well as an analytical setup of an aluminum cylinder that moves along the section of a riser during the process of acquisition, and also based on cross section images from CFD techniques. As for the adaptation of current tomographic acquisition systems for dynamic processes, this work established a sequence of tomographic views in a just-in-time fashion for visualization purposes, a form of visually disposing density information as soon as it becomes amenable to image reconstruction. A third contribution was to take advantage of the triple color channel necessary to display colored images in most displays, so that, by appropriately scaling the acquired values of each view in the linear system of the reconstruction, it was possible to imprint a temporal trace into the regularly reconstructed image, where the temporal trace utilizes a channel and the regular reconstruction utilizes a different one. Finally, a motion correction technique used in the medical field was proposed for industrial applications, considering that the density distribution in these scenarios may present variations compatible with rigid motions or changes in scale of certain objects. The idea is to identify in some configurations of the temporarily distributed data clues of the type of motion or deformation suffered by the object during the data acquisition, and then use this information to improve the quality of the reconstruction. This is done by appropriately manipulating the weight matrix in the algebraic method, i.e., by adjusting the values to reflect the predicted object motion or deformation. The results of all these techniques applied in several experiments and simulations are discussed in this work.

Uma das complicações mais importantes relacionadas com o tratamento de implante dentário é a peri-implantite. Devido a limitação pela sobreposição de estruturas da técnica periapical, nos casos da perda óssea peri-implantar nas faces vestibulares e linguais ou palatais necessita-se de um exame capaz de prover imagens em 3 dimensões para o correto diagnóstico, sendo as imagens de tomografia computadorizada por feixe cônico (TCFC) as mais indicadas. O objetivo deste estudo foi avaliar a acurácia, especificidade, sensibilidade, concordância inter e intraobservadores e determinar a influência dos artefatos na detecção dos defeitos ósseos peri-implantares simulados em mandíbulas humanas edêndulas secas. Foram utilizados dois aparelhos de TCFC com diferentes protocolos de aquisição: i-CAT Gendex CB-500(120kVp, 5mA) e ORTHOPANTOMOGRAPH OP300(90kVp, 6.3mA). Foram instalados 24 implantes dentários cilíndricos e executados dezesseis defeitos somente nas faces vestibulares, com os comprimentos que variaram de 0,5mm a 15mm. Somente cortes sagitais foram utilizados para avaliação qualitativa e quantitativa dos defeitos foi realizada por meio de Image J. Os resultados do teste de concordância intra e inter-observadores tanto nas avaliações qualitativas e quantitativas foram predominantemente fracos. Os valores de Área Sob a Curva (ASC) variaram de 0.51 a 0.72 no i-CAT Gendex CB-500; e no ORTHOPANTOMOGRAPH OP300 variaram de 0.54 a 0.75, demonstrando desempenho diagnóstico ligeiramente superior. Nas imagens obtidas em aparelho com 120kVp (i-CAT Gendex CB-500) foram observados maior contraste em relação ao aparelho 90kVp (ORTHOPANTOMOGRAPH® OP300); em aparelho com o menor kVp (OP300) formaram mais artefatos e estes, degradaram a qualidade das imagens e influenciaram o desempenho diagnóstico das TCFCs na detecção e nas mensurações de perda óssea peri-implantar. Os protocolos de aquisições diferentes podem influenciar no aumento ou redução da formação dos artefatos. / One of the most important complications related to dental implant treatment is periimplantitis. Due to the structures overlapping inherited to periapical technique, in cases of buccal and lingual or palatal bone loss in peri-implantitis, the 3 dimensions observation exam like cone beam computed tomography(CBCT) is most indicated. The objective of this study was to evaluate the accuracy, specificity, sensitivity, interand intra-observer agreement and to determine the influence of the artifacts in the detection of the peri-implant bone defects simulated in human dry mandibles. The two CBCT devices with different acquisition protocols were used in this study: i-CAT Gendex CB-500 (120kVp, 5mA) and ORTHOPANTOMOGRAPH OP300 (90kVp, 6.3mA). Twenty-four cylindrical dental implants were placed and 16 defects were prepared only on buccal faces, the defect lengths ranged from 0.5mm to 15mm. For qualitative and quantitative assessment, only sagittal slices were evaluated by the observers, using Image J software. The results of intra and inter-observer agreement tests in both assessments were generally poor. The AUC values ranged from 0.51 to 0.72 on the i-CAT Gendex CB-500; and in the ORTHOPANTOMOGRAPH OP300 ranged from 0.54 to 0.75, showing slightly higher diagnostic performance. Higher contrast was observed in the 120 kVp device\'s images (i-CAT Gendex CB-500) when compared with the 90 kVp device\'s image (ORTHOPANTOMOGRAPH® OP300). The low kVp device (OP300), formed more artifacts which degraded the image quality and influenced the CBCT diagnostic performance in the detection and measurement of peri-implant bone loss. Different CBCT acquisition protocols may influence increasing or reducing artefact formation.

O aumento ósseo de rebordos mandibulares posteriores atróficos continua sendo um grande desafio para os cirurgiões orais. Sabe-se que o osso alógeno pode ser utilizado para realização de enxertos aposicionais nessa região, com bons resultados clínicos e histomorfométricos, porém não há estudos sobre a manutenção óssea volumétrica desses enxertos em longo prazo. O objetivo deste estudo foi avaliar tomograficamente, por meio de medidas lineares e volumétricas, a dinâmica de manutenção do osso alógeno córtico-medular fresco congelado em bloco na cirurgia de aumento ósseo de rebordos mandibulares posteriores atróficos em humanos. Os pacientes do estudo foram submetidos à realização de enxertos aposicionais de osso alógeno fresco congelado em bloco na região posterior mandíbula. Os blocos foram modelados manualmente, fixados aos leitos receptores com parafusos de titânio de 1,5 x 10,0 mm e recobertos com osso mineral bovino e membrana absorvível de colágeno suíno. Para avaliação do ganho ósseo em altura, espessura e volume, cada paciente foi submetido a exames de tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC) em 03 períodos experimentais: imediatamente após a cirurgia de enxerto (T1); 06 meses após a enxertia, no momento de instalação dos implantes (T2) e 01 ano após a carga funcional protética (T3). Os dados obtidos foram tabulados e submetidos à análise estatística por meio do teste de Kruskal-Wallis seguido do post test de Tukey. Para comparação entre dois grupos, foram empregados os testes t de Student e Mann-Whitney. Foram operados 20 pacientes, 15 mulheres e 05 homens, com idade entre 37 e 64 anos (51,8 ± 7,5 anos), para os quais um total de 50 blocos ósseos foi utilizado. Dos 50 blocos, 8% foram utilizados para aumento ósseo em altura, 50% para espessura e 42% para altura e espessura. O ganho ósseo em altura foi de T1 = 5,15 ± 1,04 mm, T2 = 3,91± 0,94 mm e T3 = 2,92 ± 0,71 mm; em espessura, foi de T1 = 6,42 ± 1,20 mm, T2 = 4,64 ± 1,32 mm e T3 = 4,02 ± 0,71 mm. O ganho ósseo em volume foi de T1 = 1176,62 ± 358,08 mm³, T2 = 785,78 ± 201,16 mm³ e T3 = 689,72 ± 187,45 mm³. Foi observada diferença estátistica entre os três tempos experimentais tanto para altura quanto para espessura. Porém, volumetricamente, não foi possível observar diferença entre T2 e T3. No total, foram instalados 50 implantes (01 implante/bloco), para os quais foi obtida uma taxa de sobrevivência de 96% após 31,75 ± 6,99 meses de acompanhamento pós-operatório. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que o osso alógeno fresco congelado em bloco constitui uma alternativa viável para cirurgia de aumento de rebordo mandibulares posteriores atróficos, apresentando uma manutenção volumétrica aceitável em longo prazo e permitindo a instalação de implantes com alta taxa de sucesso. / Atrophic posterior mandible bone augmentation remains a major challenge for oral surgeons. It is known that allogenic bone can be used for appositional grafts in this region, with good clinical and histomorphometric results, howerer there are no long term studies on the volumetric bone maintenance of these grafts. The objective of this study was to evaluate tomographically, through linear and volumetric measurements, the dynamic maintenance of corticocancellous fresh frozen allograft bone blocks for atrophic posterior mandible augmentation in humans. The patients of the study were submitted to fresh frozen allograft bone block appositional grafting surgery in the posterior mandible. The blocks were manually shaped, fixed to the recipient bed with 1.5 x 10.0 mm titanium screws and covered with bovine bone mineral and porcine collagen absorbable membrane. For assessment of bone gain in height, thickness and volume, each patient underwent cone beam computed tomography (CBCT) at 03 experimental periods: immediately after grafting surgery (T1); 06 months after grafting, at the implant placement (T2) and 01 year after prosthetic functional loading (T3). Data were tabulated and submitted to statistical analysis using the Kruskal-Wallis test followed by Tukey post test. For comparison between two groups, Student t test and Mann-Whitney were employed. Twenty patients were operated, 15 women and 05 men, aged between 37 and 64 years (5.8 ± 7.5 years), for which a total of 50 bone blocks was used. Of the 50 blocks, 8% were used for bone augmentation in height, 50% in thickness and 42% for both height and thickness. The bone gain in height was 5.15 ± 1.04 T1 = mm, T2 = 3.91 ± 0.94 mm and T3 = 2.92 ± 0.71 mm; while in thickness was T1 = 6.42 mm ± 1.20, 4.64 ± T2 = T3 = 1.32 mm and 4.02 ± 0.71 mm. The bone gain in volume was T1 = 1176.62 ± 358.08 mm³, T2 = 785.78 ± 201.16 mm³ and T3 = 689.72 ± 187.45 mm³. Statistical difference was observed between the three experimental times for both height and thickness. However, volumetrically, no difference was observed between T2 and T3. Fifty implants were installed (01 implant/block), with a survival rate of 96% after 31.75 ± 6.99 months of postoperative follow-up. Based on these results, it can be concluded that the fresh-frozen allograft bone block is a viable alternative for atrophic posterior mandible augmentation, presenting an acceptable long-term volumetric bone maintenance and allowing dental implant installation with high success rates.

Because of the long acquisition time of Positron Emission Tomography scanners, the reconstructed images are blurred by motion. We hereby propose a novel motion-correction maximum-likelihood expectation-maximization algorithm integrating 3D movements between the different gates estimated by a neural network trained on synthetic data with contrast invariance. We show that, compared to the classic reconstruction method, this algorithm can increase the image quality on realistic synthetic 3D data of a human body, in particular, the contrast of small carcinogenic lung lesions. For the detection of lesions of one cm on four gates for medium and high noise levels, the studied algorithm gave an increase of 45 to 130% of the Pearson correlation coefficient in comparison with classic reconstruction methods without deformations. / På grund av den långa insamlingstiden för Positron Emission Tomography skannrar, blir de rekonstruerade bilderna suddiga av rörelse. Vi föreslår härmed en ny algoritm för maximal sannolikhet för rörelsekorrigering förväntningar-maximering som integrerar 3D-rörelser mellan de olika grindarna uppskattade av ett neuralt nätverk tränat på syntetisk data med kontrastinvarians. Vi visar att, jämfört med den klassiska rekonstruktionsmetoden, kan denna algoritm öka bildkvaliteten på realistiska syntetiska 3D-data från en människokropp, i synnerhet kontrasten av små cancerframkallande lungskador. För detektion av lesioner på en cm på fyra grindar för medelhöga och höga ljudnivåer gav den studerade algoritmen en ökning med 45 till 130% av Pearsons korrelationskoefficient i jämförelse med klassisk rekonstruktionsmetod utan deformationer.

Diffuse optical tomography uses near infrared (NIR) light as the probing media to re-cover the distributions of tissue optical properties with an ability to provide functional information of the tissue under investigation. As NIR light propagation in the tissue is dominated by scattering, the image reconstruction problem (inverse problem) is non-linear and ill-posed, requiring usage of advanced computational methods to compensate this. Diffuse optical image reconstruction problem is always rank-deficient, where finding the independent measurements among the available measurements becomes challenging problem. Knowing these independent measurements will help in designing better data acquisition set-ups and lowering the costs associated with it. An optimal measurement selection strategy based on incoherence among rows (corresponding to measurements) of the sensitivity (or weight) matrix for the near infrared diffuse optical tomography is proposed. As incoherence among the measurements can be seen as providing maximum independent information into the estimation of optical properties, this provides high level of optimization required for knowing the independency of a particular measurement on its counterparts. The utility of the proposed scheme is demonstrated using simulated and experimental gelatin phantom data set comparing it with the state-of-the-art methods. The traditional image reconstruction methods employ ℓ2-norm in the regularization functional, resulting in smooth solutions, where the sharp image features are absent. The sparse recovery methods utilize the ℓp-norm with p being between 0 and 1 (0 ≤ p1), along with an approximation to utilize the ℓ0-norm, have been deployed for the reconstruction of diffuse optical images. These methods are shown to have better utility in terms of being more quantitative in reconstructing realistic diffuse optical images compared to traditional methods. Utilization of ℓp-norm based regularization makes the objective (cost) function non-convex and the algorithms that implement ℓp-norm minimization utilizes approximations to the original ℓp-norm function. Three methods for implementing the ℓp-norm were con-sidered, namely Iteratively Reweigthed ℓ1-minimization (IRL1), Iteratively Reweigthed Least-Squares (IRLS), and Iteratively Thresholding Method (ITM). These results in-dicated that IRL1 implementation of ℓp-minimization provides optimal performance in terms of shape recovery and quantitative accuracy of the reconstructed diffuse optical tomographic images. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality combining optics with ultrasound imaging. PAT provides structural and functional imaging in diverse application areas, such as breast cancer and brain imaging. A model-based iterative reconstruction schemes are the most-popular for recovering the initial pressure in limited data case, wherein a large linear system of equations needs to be solved. Often, these iterative methods requires regularization parameter estimation, which tends to be a computationally expensive procedure, making the image reconstruction process to be performed off-line. To overcome this limitation, a computationally efficient approach that computes the optimal regularization parameter is developed for PAT. This approach is based on the least squares-QR (LSQR) decomposition, a well-known dimensionality reduction technique for a large system of equations. It is shown that the proposed framework is effective in terms of quantitative and qualitative reconstructions of initial pressure distribution.

[ES] Hoy en día, los materiales cementicios están presentes en la gran mayoría de las infraestructuras de nuestro entorno, como pueden ser el hormigón y el mortero, debido a su bajo coste y sus características mecánicas estructurales y de durabilidad. Pese a todo, estas se ven degradadas por factores externos e internos, reduciendo la viabilidad de estos con el paso del tiempo. Para inspeccionar estos materiales se han creado múltiples ensayos destructivos (ED) y ensayos no destructivos (END) que indican mediante ciertos parámetros el estado de los materiales de construcción. Dentro de los no destructivos, encontramos los ultrasonidos cuya propagación en estos materiales otorga información sobre su estado y estructura interna. Entre los múltiples ensayos ultrasónicos se encuentra la tomografía ultrasónica cuya base nace gracias a las Tomografías Computarizadas (TC): se ilumina un objeto mediante una fuente y se reciben las señales mediante los receptores. Se rota entorno al objeto bajo estudio combinando las señales mediante los algoritmos tomográficos y obteniendo una reconstrucción del objeto interno sin producirle ningún tipo de daño. No obstante, aunque para determinadas longitudes de onda podemos asumir una trayectoria de rayo recto, los ultrasonidos son ondas dispersivas que se difractan y se reflejan alejándose de esta condición de idoneidad afectando negativamente a las reconstrucciones. En esta tesis se estudia la tomografía de ultrasonidos aplicada a probetas de mortero. Para ello, previamente se realiza un estudio de los algoritmos de reconstrucción tomográfica donde se hace un recorrido por los principales algoritmos convencionales. Los transformados (FBP y DFT) cuyos resultados son excelentes en caso de que tengamos un nivel elevado de rayos y direcciones que conforman las proyecciones. Los algoritmos de redes neuronales (BPE y RBF) y métodos algebraicos (ART, CART, SART y SIRT) presentan buenos resultados en aquellas situaciones donde se tenga un bajo número de rayos y direcciones o alta presencia de ruido. Se comparan entre ellos mediante proyecciones obtenidas con señales simuladas y se obtienen los mejores resultados para el algoritmo FBP, con lo que las siguientes reconstrucciones reales se llevan a cabo con este método. La aplicación en la que se centra este trabajo consiste en la detección del frente de carbonatación en probetas cementicias. Es por ello que se diseñan diferentes casos de probetas con daño y sin daño para validar el funcionamiento de un sistema tomográfico. Se diseña y se construye el sistema hardware capaz de la toma automatizada de medidas empleando una configuración de rayos paralelos o de rayos en abanico. Además, se ha adaptado para que sea capaz de inspeccionar tanto con transductores acoplados por aire como inspeccionar el objeto en inmersión (acoplamiento por agua). Se concluye que la tomografía por inmersión ofrece una solución de compromiso entre transferencia de energía y proceso de automatización. Además se implementan dos modelos de redes neuronales entrenados mediante sinogramas simulados para posteriormente reconstruir casos reales. Todos los algoritmos y casos son evaluados tanto en calidad de reconstrucción como en prestaciones. / [CA] Avui dia, els materials cimentants són presents a la majoria de les infraestructures del nostre entorn com poden ser el formigó i el morter, donat el seu baix cost i les seues característiques mecànic estructurals i la seua durabilitat. Malgrat tot, aquestes es veuen degradades per factors externs i interns, reduint la seua viabilitat amb el pas del temps. Per inspeccionar dits materials s'han creat múltiples assajos destructius (AD) i assajos no destructius (AND) que indiquen mitjançant certs paràmetres l'estat dels materials de construcció. Dins del no destructius trobem els ultrasons, la propagació dels quals per aquests materials ens aporta informació sobre el seu estat i estructura interna. Entre els múltiples assajos ultrasònics, es troba la tomografia ultrasònica, la base de la qual neix gràcies a les Tomografies Computeritzades (TC): s'il·lumina un objecte per mitjà d'una font i es reben les senyals a través dels receptors. Es rota entorn l'objecte en estudi combinant les senyals mitjançant els algoritmes tomogràfics i obtenint una reconstrucció de l'objecte intern sense produir-li cap tipus de dany. No obstant això, i encara que per a determinades longituds d'ona podem assumir una trajectòria recta del raig, els ultrasons són ones dispersives que es difracten i reflecteixen, allunyant-se d'aquesta condició d'idoneïtat i afectant negativament les reconstruccions. En aquesta tesi s'estudia la tomografia d'ultrasons aplicada a provetes de morter. Amb aquesta finalitat, prèviament es realitza un estudi dels algoritmes de reconstrucció tomogràfica on es fa un recorregut pels principals algoritmes convencionals. Els transformats (FDB i DFT) els resultats dels quals son excel·lents en cas que tinguem un nivell elevat de raigs i direccions que conformen les projeccions. Els algoritmes de xarxes neuronals (BPE i RBF) i mètodes algebraics (ART, CART, SART i SIRT) presenten bons resultats en aquelles situacions on es tingui un baix número de raigs i direccions o una alta presència de soroll. Es comparen entre ells per mitjà de projeccions obtingudes amb senyals simulades i s'obtenen els millors resultats per a l'algoritme FBP, duent-se a terme les següents reconstruccions amb aquest mètode. L'aplicació en la que es centra aquest treball consisteix en la detecció del front de carbonatació en provetes cimentants. És per això que es dissenyen diferents casos de provetes amb desperfectes i sense desperfectes per validar el funcionament d'un sistema tomogràfic. Es dissenya i es construeix el sistema hardware capaç de la presa automatitzada de mesures emprant una configuració de raigs paral·lels o de raigs en ventall. A més, s'ha adaptat per a que sigui capaç d'inspeccionar tant amb transductors acoblats per aire com inspeccionar l'objecte en immersió (acoblament per aigua). Es conclou que la tomografia per immersió ofereix una solució de compromís entre la transferència d'energia i el procés d'automatització. A més s'implenten dos models de xarxes neuronals entrenats per mitjà de sinogrames simulats per a posteriorment reconstruir casos reals. Tots els algoritmes i casos són avaluats tant en qualitat de reconstrucció com en prestacions. / [EN] Nowadays, cementitious materials are present in the great majority of our surrounding infrastructures such as concrete and mortar, due to its low cost mechanic-structural features and its lasting. Nevertheless, this characteristics are degraded because of external and internal factors, reducing its viability over time. In order to inspect this materials, multiple destructive testing (DT) and non-destructive testing (NDT) have been created. This trials show construction materials conditions with certain parameters. In the non-destructive group, we found ultrasounds whose spreading in this materials gives us information about their condition and internal structure. Among the multiple ultrasonic tests, we can find the ultrasonic tomography which is based in the Computed Tomography Scans (CT) basis: an object is illuminated by a source and signals are received through receivers. Rotation is made around the object under study combining the signals using tomographic algorithms for the purpose of obtaining an internal object reconstruction without damaging it. However we can assume a straight beam path for certain wavelengths, ultrasound are dispersive waves that diffract and reflect, making them less suitable because they worsen the quality of reconstructions. In this thesis, the ultrasonic tomography applied to mortar specimens is studied. For that, a study of tomographic reconstruction algorithms is carried out and the main conventional algorithms are reviewed. The transforms (FBD and DFT) whose results are excellent in case we have a high level of beams and directions that make up the projections. The neuronal network algorithms (BPE and RBF) and the ones for algebraic methods (ART, CART, SART and SIRT) have good results in situations where a low number of beams and directions or high noise presence are found. A comparation between them is made using projections obtained with simulated signals and the best FBP algorithm results are extracted. The following real reconstructions are carried out with this method. The application on which this work focuses consists of the detection of the carbonation front in cementitious specimens. That is why different types of specimens with damage and without damage are designed to validate a tomographic system function. A hardware system capable of taking automated measures using a configuration of parallel beams or fan beams is designed and built. Moreover, it has been adapted to be able to inspect both with air-coupled transducers and to inspect the object while submerged (water coupled). It is concluded that immersion tomography offers a compromise solution between energy transfer and automation process. Two models of neuronal networks trained through simulated sinograms are also implemented to reconstruct real cases afterwards. All the algorithms and cases are evaluated both in reconstruction quality and in features. / Gallardo Llopis, C. (2023). Tomografía ultrasónica para la evaluación de daño por gradiente en materiales cementantes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194552