A new algorithm for detection of longitudinal crack-like indications in radiographic images is developed in this work. Conventional local detection techniques give unsatisfactory results for this task due to the low signal to noise ratio (SNR ~ 1) of crack-like indications in radiographic images. The usage of global features of crack-like indications provides the necessary noise resistance, but this is connected with prohibitive computational complexities of detection and difficulties in a formal description of the indication shape. Conventionally, the excessive computational complexity of the solution is reduced by usage of heuristics. The heuristics to be used, are selected on a trial and error basis, are problem dependent and do not guarantee the optimal solution. Not following this way is a distinctive feature of the algorithm developed here. Instead, a global characteristic of crack-like indication (the estimation function) is used, whose maximum in the space of all possible positions, lengths and shapes can be found exactly, i.e. without any heuristics. The proposed estimation function is defined as a sum of a posteriori information gains about hypothesis of indication presence in each point along the whole hypothetical indication. The gain in the information about hypothesis of indication presence results from the analysis of the underlying image in the local area. Such an estimation function is theoretically justified and exhibits a desirable behaviour on changing signals. The developed algorithm is implemented in the C++ programming language and testet on synthetic as well as on real images. It delivers good results (high correct detection rate by given false alarm rate) which are comparable to the performance of trained human inspectors. / In dieser Arbeit wurde ein neuer Algorithmus zur Detektion rissartiger Anzeigen in der digitalen Radiographie entwickelt. Klassische lokale Detektionsmethoden versagen wegen des geringen Signal-Rausch-Verhältnisses (von ca. 1) der Rissanzeigen in den Radiographien. Die notwendige Resistenz gegen Rauschen wird durch die Benutzung von globalen Merkmalen dieser Anzeigen erzielt. Das ist aber mit einem undurchführbaren Rechenaufwand sowie Problemen bei der formalen Beschreibung der Rissform verbunden. Üblicherweise wird ein übermäßiger Rechenaufwand bei der Lösung vergleichbarer Probleme durch Anwendung von Heuristisken reduziert. Dazu benuzte Heuristiken werden mit der Versuchs-und-Irrtums-Methode ermittelt, sind stark problemangepasst und können die optimale Lösung nicht garantieren. Das Besondere dieser Arbeit ist anderer Lösungsansatz, der jegliche Heuristik bei der Suche nach Rissanzeigen vermeidet. Ein globales wahrscheinlichkeitstheoretisches Merkmal, hier Schätzfunktion genannt, wird konstruiert, dessen Maximum unter allen möglichen Formen, Längen und Positionen der Rissanzeige exakt (d.h. ohne Einsatz jeglicher Heuristik) gefunden werden kann. Diese Schätzfunktion wird als die Summe des a posteriori Informationsgewinns bezüglich des Vorhandenseins eines Risses im jeden Punkt entlang der hypothetischen Rissanzeige definiert. Der Informationsgewinn entsteht durch die Überprüfung der Hypothese der Rissanwesenheit anhand der vorhandenen Bildinformation. Eine so definierte Schätzfunktion ist theoretisch gerechtfertigt und besitzt die gewünschten Eigenschaften bei wechselnder Anzeigenintensität. Der Algorithmus wurde in der Programmiersprache C++ implementiert. Seine Detektionseigenschaften wurden sowohl mit simulierten als auch mit realen Bildern untersucht. Der Algorithmus liefert gute Ergenbise (hohe Detektionsrate bei einer vorgegebenen Fehlalarmrate), die jeweils vergleichbar mit den Ergebnissen trainierter menschlicher Auswerter sind.

Cette thèse porte sur l'étude du remplissage rapide de réservoirs d'hydrogène sous haute pression (700 bars). Durant cette phase, se produisent simultanément une augmentation de la température du gaz et des contraintes internes dues à la pression. Un banc de fatigue thermomécanique instrumenté a été développé afin de simuler ce remplissage rapide sur des éprouvettes simples composées d'un liner en polyuréthane et d'une coque composite carbone/époxy, matériaux constitutifs des réservoirs étudiés. La validation thermique de ce banc a permis de montrer que le polyuréthane est une bonne barrière thermique. Une première étude sur un drapage composite non optimisé a permis de montrer l'influence néfaste de la température et d'un palier de maintien à la charge maximale sur le comportement du multicouche polymère/composite ainsi que l'effet bénéfique de l'alternance des plis du stratifié composite ; des couches épaisses conduisent à une apparition plus précoce de l'endommagement et à des durées de vie plus faibles. Un drapage ‘‘représentatif'' des conditions de service du réservoir a été optimisé par calcul analytique et par éléments finis afin d'atteindre les mêmes niveaux de contraintes maximales dans l'éprouvette sollicitée sur le banc de fatigue thermomécanique que ceux atteint dans le réservoir sous pression. Ces éprouvettes ‘‘représentatives'' conduisent néanmoins à des contraintes de cisaillement plus élevées que dans le réservoir et présentent des effets de bord qui n'existent pas dans le réservoir bobiné. Comme pour les drapages non optimisés, la fatigue thermomécanique conduit à des durées de vie plus faibles qu'en fatigue purement mécanique à 1Hz. L'observation par microscopie optique et par radiographie X des échantillons sollicités montre, en fatigue thermomécanique, une localisation des endommagements dans la partie la plus chauffée du composite alors qu'en fatigue mécanique à 1Hz, les endommagements sont répartis sur toute la longueur des éprouvettes. De plus, la fatigue thermomécanique conduit préférentiellement à des délaminages par rapport aux résultats obtenus en fatigue mécanique à 1Hz. Des mesures de champs de déplacement par corrélation d'images ont permis de mettre en évidence des concentrations de cisaillement sur le drapage ‘‘représentatif'' ainsi qu'un comportement viscoélastique, accentué en présence de cyclage thermique, qui seraient à l'origine des endommagements constatés.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Durant les dix dernières années, l'imagerie médicale a profité pleinement de l'essor technologique des techniques d'imagerie numérique. Dans le domaine de la radiographie X, les nouveaux détecteurs, possédant un encombrement réduit et une meilleure sensibilité, détrônent progressivement les anciennes techniques à film ou à tube. Cette thèse, préparée en partenariat avec l'entreprise Trixell, leader mondial des détecteurs plats pour radiographie médicale, traite du contrôle qualité des images issues de ces détecteurs. L'exigence du domaine médical impose un contrôle strict des défauts pouvant apparaître sur les images. Cette thèse est donc axée sur la conception d'une chaîne complète d'analyse de la qualité des images issues des détecteurs numériques. Un éclairage particulier est donné à la détection des défauts, parfois peu visibles, à l'aide de techniques de détection adaptées à notre contexte de défauts spatialement corrélés dans un fort bruit de fond.

Le dispositif d'imagerie X synchrotron, combinant radiographie et diffraction, développé au cours de ma thèse permet une étude in situ et en temps réel des phénomènes dynamiques complexes impliqués dans la solidification des alliages métalliques. Grace à ce dispositif, nous avons pu mettre en évidence le processus de TGZM (Temperature Gradient Zone Melting) et ses effets sur la microstructure de solidification.<br />Nous avons également pu quantifier l'évolution de la composition de l'alliage tout au long du processus de solidification. Nous avons montré comment à partir des images 2D obtenues en diffraction, il est possible – en utilisant la théorie dynamique de la diffraction - de reconstruire une représentation 3D des dendrites avant leur mûrissement. Nous avons pu observer et quantifier des phénomènes mécaniques réversibles (rotation) ou irréversibles (fléchissement) au sein de la microstructure dendritique.<br />Enfin, nous avons étudié les déformations apparues suite à la solidification de la phase eutectique.

De nos jours, la radiographie est l'examen de référence pour le suivi des pathologies de la colonne vertébrale. La radiographie bi-planaire permet de plus, par reconstruction 3D, d'évaluer la configuration spatiale de la colonne vertébrale. Cependant, les expositions radiographiques répétées entrainent une augmentation du risque de cancer. Une solution pour réduire les doses de radiation peut être de remplacer certains examens radiographiques par une mesure de la surface du dos. Cette mesure non-invasive permet, entre autre, d'obtenir un grand nombre de paramètres cliniques utiles pour le diagnostic et le suivi des pathologies. Cette mesure permet également d'estimer la configuration du rachis si l'on met en place une modélisation biomécanique adaptée. Le travail réalisé dans cette thèse consiste à développer et mettre en oeuvre une telle modélisation basée sur les informations personnalisées à la fois internes et externes. Le dispositif Biomod 3S (développé par la société AXS Ingénierie, Bordeaux) offre la possibilité d'une acquisition simultanée de radiographies et de surfaces du dos par franges de Moiré. Cette acquisition sur une quinzaine de sujets scoliotiques (des Hôpitaux Universitaires de Bordeaux) a notamment permis d'évaluer les relations entre plusieurs paramètres 3D internes (e.g., la rotation axiale des vertèbres) et de nombreux paramètres 3D externes (e.g., les gibbosités et flèches). Cette acquisition simultanée permet également de prédire la nouvelle configuration de la colonne vertébrale dans une seconde posture où seule la mesure de surface du dos est effectuée. Pour cela, la modélisation en multi-corps rigides articulés qui a été développée (sous Scilab) utilise (a) la géométrie personnalisée de la colonne vertébrale reconstruite dans la première posture et (b) des contraintes issues de la mesure de la surface du dos dans les deux postures (e.g., position de C7). Le modèle a pu être validé sur une dizaine de sujets sains dont la colonne vertébrale et la surface du dos ont été reconstruits en 3D dans différentes positions (debout, penché en avant) à l'aide d'un IRM positionnel. Le modèle a pu également être exploité sur quelques sujets pathologiques. Ce travail, qui a exploré et exploité de nombreuses informations 3D internes et externes, ouvre des perspectives pour le diagnostic et le suivi non-invasif des pathologies de la colonne vertébrale

Thèse doctorat : Génie des Matériaux : Villeurbanne, INSA : 2003. / Chap. 2 et 4 rédigés en anglais. En appendice, 1 article rédigé en anglais intitulé "Optimal calibration via virtual X-ray imaging for dual-energy techniques : application to glass wool", issu du Colloque "Six international Conference on quality control by artificial vision" et paru dans la revue "SPIE", vol. 5132, 2003, p. 422-432. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 143-155.

Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit zwei Methoden zur Diagnostik der Aspergillose bei Greifvögeln, um neue Erkenntnisse über die Aussagekraft dieser nicht invasiven Diagnostika zu gewinnen. In der ersten Studie wurden bei ausschließlich Aspergillose-positiven Falken (Falco spp.) (n = 110) spezifische Röntgenzeichen an digital erstellten Röntgenbildern systematisch ermittelt und mit den typischen Röntgenzeichen von Papageien mit Erkrankungen des unteren Respirationstrakts verglichen. In der zweiten Studie wurden gesunde (n = 73) und an Aspergillose erkrankte (n = 32) Jagdfalken (Falco spp.) mittels Serumelektrophorese untersucht, Referenzwerte für die gesunden Falken erstellt und mit den Werten der erkrankten Falken verglichen. In beiden Studien stammten die Tiere aus dem Patientengut derselben Klinik. Bei der Auswertung von Röntgenbildern Aspergillose-positiver Falken wurden hauptsächlich subtile Röntgenzeichen beschrieben. Von den 110 Tieren waren 29 (26,4 %) radiologisch vollkommen unauffällig. Die am häufigsten beschriebenen Befunde waren inhomogene Verschattungen des Lungenfeldes (38,2 % laterolateral [ll]) und strichförmige Verschattungen der kaudalen Lungengrenze (30,0 % ll) sowie inhomogene (34,5 % ll; 29,1 % ventrodorsal [vd]) und streifige (26,4 % ll) Verschattungen der Luftsäcke, aber auch eine schlechte Abgrenzbarkeit des Herzschattens in der laterolateralen Projektion (42,7 %). Im Vergleich zu an Papageien mittels konventioneller Projektionsradiographie durchgeführten Studien war der Anteil an subtilen Röntgenzeichen geringer und der Anteil an massiven Röntgenzeichen größer. Verglichen mit Referenzwerten diverser Greifvogelspezies aus der Literatur zeigten die Referenzwerte der gesunden Falken dieser Studie unter Verwendung des hochauflösenden Elektrophoresesystems SAS 1 unit (Helena, Saint Leu La Forest, Frankreich) relativ niedrige Gesamtproteinwerte und relativ hohe Präalbuminwerte auf. Bei den 32 Serumproben der an Aspergillose erkrankten Falken ließ sich im Gegensatz zu den 73 Serumproben der gesunden Falken ein signifikant erniedrigter Totalalbuminwert (Albumin + Präalbumin) sowie ein hoch signifikant erniedrigter Präalbuminwert mittels Serumelektrophorese feststellen. Obwohl die Falken meist schon in frühen Krankheitsstadien vorgestellt wurden und die Diagnostik in diesen Stadien besonders schwierig ist, konnten mit beiden Untersuchungsmethoden von gesunden Tieren differierende Befunde erhoben werden. Diese in Zusammenhang mit Aspergillose erhobenen Befunde wichen jedoch teilweise deutlich von den in der Literatur beschriebenen „typischen“ Befunden bei an Aspergillose erkrankten Vögeln ab. Dies kann damit erklärt werden, dass die meisten vergleichbaren Studien an als Heimtiere gehaltenen Papageien oder gefangen gehaltenen Zoovögeln (von Falken abweichende Haltungsform, Anatomie und Physiologie sowie Leistungsniveau) und mit unterschiedlicher Technik (digitale versus konventionelle Projektionsradiographie, unterschiedliche Elektrophoresesysteme und Verwendung von Serum anstelle von Plasma) durchgeführt wurden. Die digitale Projektionsradiographie kann aufgrund ihrer schonenden, einfachen und schnellen Durchführbarkeit sowohl den Vogelmedizin spezialisierten Institutionen als auch den Kleintierpraktikern uneingeschränkt empfohlen werden. Die Proteinelektrophorese kann bis zum heutigen Zeitpunkt nur bedingt für den Praktiker, wohl aber für spezialisierte Institutionen bei Beachtung aller Besonderheiten als zusätzliches Diagnostikum empfohlen werden. / The present study concentrates on two methods for diagnosing birds of prey with aspergillosis with the intent to increase the knowledge of the validity of these non-invasive diagnostic methods. In the first study, specific radiographic signs of digitally created radiographs of falcons (Falco spp.) which were exclusively positive for aspergillosis (n = 110) were systematically analyzed and compared to the typical radiographic signs of parrots with diseases of the lower respiratory tract. In the second study, healthy falcons (n = 73) and falcons affected with aspergillosis (n = 32) (Falco spp.) were examined by using serum protein electrophoresis in order to create reference values for healthy falcons and compare them with the values of the affected falcons. In both studies, the animals were patients of the same clinic. While evaluating the radiographs of the falcons with aspergillosis, mainly subtle radiographic signs were described. Radiographically within normal limits were 29 (26.4%) of the 110 animals. The most commonly reported findings were inhomogeneous increased radiodensity of the lung area (38.2% laterolateral [ll]), line-shaped shadowings of the caudal lung border (II 30.0%) as well as an inhomogeneous (34.5% ll, 29.1% ventrodorsal [vd]) and streaky (26.4% II) radiodensity of the air sacs, but also a poor delineation of the cardiac silhouette in the laterolateral projection (42.7%). Compared to studies performed on parrots by conventional radiography, the portion of subtle radiographic signs was lower and the portion of severe signs was higher. Compared to reference values of various raptor species from the literature, this study, which made use of the high-resolution electrophoresis SAS 1 unit (Helena, Saint Leu La Forest, France), revealed relatively low values for total proteins and relatively high values for prealbumin in the reference values of the healthy falcons. The 32 serum samples of the falcons suffering from aspergillosis showed a significantly reduced total albumin (albumin + prealbumin) level and a highly significantly reduced prealbumin level compared to the 73 serum samples of healthy falcons. Although the falcons were for the most part already brought to the clinic in one of the early stages of the disease, when diagnosing aspergillosis is particularly difficult, both examination methods revealed different results for the healthy and diseased animals. However, the findings related to aspergillosis were in some cases significantly different from those described in the literature as the \"typical\" findings in birds suffering from aspergillosis. This can be explained by the fact that most of the comparable studies were conducted with parrots held as pets or with captive zoo birds (when husbandry, anatomy and physiology, as well as performance level are different from falcons) and with a different technique (digital versus conventional radiography, different electrophoresis systems and the use of serum instead of plasma). The digital radiography can be fully recommended for specialized medical institutions for avian medicine as well as for small animal practitioners because of its easy, rapid and gentle feasibility. To date, the protein electrophoresis can only be recommended with restrictions for practitioners, however for specialized institutions, it can be useful as additional diagnostic tool if all its specific features are taken into account.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’imagerie à rayons X couplée aux détecteurs résolus en énergie permet de différencier les matériaux présents et d’estimer leurs contributions respectives. Cependant, ces techniques nécessitent des images très précises. La présence du rayonnement diffusé conduit à une perte du contraste spatial et un biais dans l’imagerie radiographique ainsi que des artefacts dans la tomodensitométrie (TDM). L’objectif principal de cette thèse était de développer une approche de correction du rayonnement diffusé adaptée à l’imagerie multi-énergies. Pour réaliser cette tâche, un objectif secondaire a été défini : la conception et la validation d’un outil de simulation capable de fournir des images du diffusé résolu en énergie dans un temps raisonnable. Une fois validé, cet outil a permis d’étudier le comportement du diffusé dans le domaine spatial et énergétique. Sur la base de cette analyse du diffusé, une approche originale dite « Partial Attenuation Spectral Scatter Separation Approach » (PASSSA) adaptée à l’imagerie multi-énergies a été développée. L’évaluation de PASSSA en mode radiographique par des simulations numériques et des mesures expérimentales a révélé des résultats remarquables en termes d’amélioration du contraste d’image et de la réduction du biais induit par la présence du diffusé. De plus, des études de simulation ont permis d’évaluer la performance de l’approche développée dans la TDM, où PASSSA s’est révélée d’être très efficace pour corriger les distorsions in-duites par le rayonnement diffusé. D’autre part, l’amélioration de la performance dans le contexte de la décomposition des matériaux de base en radiographie après avoir appliqué la méthode développée a également été analysée : l’application de PASSSA se traduit par une amélioration substantielle de l’estimation des épaisseurs des matériaux de base. Finalement, sur la base des différents résultats de validation obtenus, une analyse des développements potentiels a été menée. / X-ray imaging coupled with recently emerged energy-resolved photon counting detectors provides the ability to differentiate material components and to estimate their respective thicknesses. However, such techniques require highly accurate images. The presence of scattered radiation leads to a loss of spatial contrast and, more importantly, a bias in radiographic material imaging and computed tomography (CT). Additionally, artifacts are also introduced in the case of the latter. The main aim of the present thesis was to develop a scatter correction approach adapted for multi-energy imaging. In order to achieve this task, a secondary objective was also set. Namely, the conception and validation of a simulation tool capable of providing energy-resolved scatter simulations in a reasonable time. Once validated through simulations and experimentally, this tool gave the ability to study the behavior of scattered radiation both in spatial and energy domains. Based on the conducted scatter analysis, a Partial Attenuation Spectral Scatter Separation Approach (PASSSA) adapted for multi-energy imaging was developed. The evaluation of PASSSA in radiographic mode through simulations and experiments revealed noteworthy results both in terms of image contrast improvement and scatter induced bias reduction. Additionally, simulation studies examined the performance of the developed approach in CT, where PASSSA also proved to be quite effective at correcting scatter induced distortions. Moreover, the performance improvement in the context of basis material decomposition in radiography after applying the designed method was also analyzed. It was concluded that the application of PASSSA results in a substantial improvement in basis material thickness estimation. Finally, based on the obtained simulated and experimental method evaluation results an analysis of perspective developments was also conducted.