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Automatic mapping magnetic resonance images into multimedia database using SIFT

JENNIFER LYNN REYNOSO MUÑOZ ALMA DELIA CUEVAS RASGADO Farid García Lamont ADOLFO GUZMAN ARENAS (2015)

I. INTRODUCCIÓN STE proyecto de representación de la información a través de ontologías, analiza las imágenes de una base de datos multimedia, la cual contiene imágenes de tomografías, resonancia magnética de rodillas, brazos, columna vertebral (por citar algunas) con su descripción en texto y las ubica de manera automática en una ontología, que es nuestra base de conocimiento. Una ontología es un hipergrafo dirigido con vértices relacionados mediante aristas. En ella, un vértice representa un concepto o idea, mientras que un enlace representa la relación entre los vértices que une. Las características o propiedades de un concepto también se representan con aristas emanando del nodo correspondiente (Fig. 5). Nuestro sistema extrae imágenes de la base de datos multimedia, y coloca automáticamente cada imagen en el nodo correspondiente en la ontología, atendiendo a la categoría del objeto extraído. Esta ontología así enriquecida con imágenes es útil para consultas en comercio electrónico, aplicaciones 1 J. L. Reynoso, Universidad Autónoma del Estado de México, lynnreynoso@gmail.com. A. D. Cuevas, Universidad Autónoma del Estado de México, almadeliacuevas@gmail.com. F. García, Universidad Autónoma del Estado de México, fgarcial@uaemex.mx. A. Guzmán, Centro de Investigación en Computación del IPN , aguzman@ieee.org. médicas, rostros de criminales, marcas registradas, imágenes satelitales, etc. Para el reconocimiento de imágenes se usa el algoritmo SIFT (Scale Invariant Feature Transform) que extrae puntos clave que describen o modelan a los objetos en la escena [2]. Se construye un conjunto de entrenamiento que contiene los puntos clave extraídos de diferentes imágenes de objetos que se desean reconocer, en este caso, resonancias magnéticas de diferentes partes del cuerpo. En la fase de reconocimiento, a una imagen nueva se le extraen sus puntos clave y se comparan con los almacenados en el conjunto de entrenamiento para poder reconocer el objeto que aparece en la imagen. Es importante mencionar que los puntos clave son invariantes a la escala, rotación, pequeños cambios de iluminación y en la dirección de la vista, lo que hace que el reconocimiento sea robusto, hasta cierto punto. Además del algoritmo de reconocimiento de patrones y la carga automática de las imágenes de acuerdo al concepto al que pertenece, una interfaz del sistema permite a un usuario no sofisticado poder consultar las características de cada concept o y con ello su imagen. Está dirigido por ejemplo a usuarios no especializados en temas de medicina o a estudiantes de medicina que, por fines didácticos, pueden buscar información sobre un padecimiento a lo cual, una interfaz presenta información en texto estructurado como la glosa del concepto, palabras, idiomas, propiedades o características, imagen, nodos antecesores y sucesores en la ontología. La organización de este trabajo es la siguiente: En la sección I se presenta una introducción al tema, en la II se explica la principal idea que motivó nuestro desarrollo. En la sección III se presentan los conceptos básicos usados. La sección IV contiene los trabajos relacionados. En la sección V se presenta la metodología utilizada para el desarrollo del sistema. La sección VI contiene pruebas con los ejemplos de resonancia magnética de rodilla y resonancia magnética de columna lumbar, cráneo, brazo, pierna y mama. En la sección VII se muestran los resultados obtenidos de acuerdo a textos e imágenes analizadas. Las conclusiones aparecen en la sección VIII.

This paper focuses on the representation of magnetic resonances of different parts of the human body, such as knees, spinal column, arms, elbows, etc., using ontologies. First, it maps the resonance im ages in a multimedia database. Then, automatically, using the SIFT pattern recognition algorithm, descriptors of the images stored in the database ar e extracted in order to recover useful data for the user; it use s the ontologies as an artificial intelligence tool and, in consequen ce, reduces generation of useless data. Why do we think this is an interesting task? Because, if the user requires information abo ut any topics or (s)he has some illness or needs to undergo magnet ic resonance, this tool will show him /her images and text to conve y a better understanding, helping t o obtain useful conclusions. Artificial intelligence techniques are used, such as machine learning, knowledge representat ion, and pattern recognition. The ontological relations introduced here are based on the common representation of language , using definition dictionarie s, Roget’s thesaurus, synonym dictionaries, and other resources The system generates an output in the OM ontological language [1]. This language represents a structure where our system adds the data scanned by the SIFT algorithm. The tests have been made in Spanish; however, thanks to the portability of our system, it is possible to extend the method to any language.

Sistema Nacional de Investigadores SNI, El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología CONACYT del gobierno Mexicano, La Secretaría de Investigación y Posgrado del Instituto Politécnico Nacional SIP-IPN. Universidad Autónoma del Estado de México, Centro Universitario Texcoco La Secretaría de Investigación y Estudios Avanzados SIEA. El proyecto: 3454CHT/2013

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artificial intelligence ontology multimedia database pattern recognition magnetic resonance INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Automatic mapping magnetic resonance images into multimedia database using SIFT

JENNIFER LYNN REYNOSO MUÑOZ ALMA DELIA CUEVAS RASGADO Farid García Lamont ADOLFO GUZMAN ARENAS (2015)

This paper focuses on the representation of magnetic resonances of different parts of the human body, such as knees, spinal column, arms, elbows, etc., using ontologies. First, it maps the resonance images in a multimedia database. Then, automatically, using the SIFT pattern recognition algorithm, descriptors of the images stored in the database are extracted in order to recover useful data for the user; it uses the ontologies as an artificial intelligence tool and, in consequence, reduces generation of useless data. Why do we think this is an interesting task? Because, if the user requires information about any topics or (s)he has some illness or needs to undergo magnetic resonance, this tool will show him/her images and text to convey a better understanding, helping to obtain useful conclusions. Artificial intelligence techniques are used, such as machine learning, knowledge representation, and pattern recognition. The ontological relations introduced here are based on the common representation of language, using definition dictionaries, Roget’s thesaurus, synonym dictionaries, and other resources. The system generates an output in the OM ontological language [1]. This language represents a structure where our system adds the data scanned by the SIFT algorithm. The tests have been made in Spanish; however, thanks to the portability of our system, it is possible to extend the method to any language.

Proyecto UAEM 3454CHT/2013

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artificial intelligence ontology multimedia database pattern recognition magnetic resonance INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Insights on structure and function of a late embryogenesis abundant protein from Amaranthus cruentus: an intrinsically disordered protein involved in protection against desiccation, oxidant conditions, and osmotic stress

ALMA LETICIA SAUCEDO YAÑEZ ERIC EDMUNDO HERNANDEZ DOMINGUEZ LUIS ALBERTO DE LUNA VALDEZ ANGEL ARTURO GUEVARA GARCIA ABRAHAM ESCOBEDO MORATILLA ESAU BOJORQUEZ VELAZQUEZ Federico del Rio Portilla DANIEL ALEJANDRO FERNANDEZ VELASCO ANA PAULINA BARBA DE LA ROSA (2017)

"Late embryogenesis abundant (LEA) proteins are part of a large protein family that protect other proteins from aggregation due to desiccation or osmotic stresses. Recently, the Amaranthus cruentus seed proteome was characterized by 2D-PAGE and one highly accumulated protein spot was identified as a LEA protein and was named AcLEA. In this work, AcLEA cDNA was cloned into an expression vector and the recombinant protein was purified and characterized. AcLEA encodes a 172 amino acid polypeptide with a predicted molecular mass of 18.34 kDa and estimated pI of 8.58. Phylogenetic analysis revealed that AcLEA is evolutionarily close to the LEA3 group. Structural characteristics were revealed by nuclear magnetic resonance and circular dichroism methods. We have shown that recombinant AcLEA is an intrinsically disordered protein in solution even at high salinity and osmotic pressures, but it has a strong tendency to take a secondary structure, mainly folded as alpha-helix, when an inductive additive is present. Recombinant AcLEA function was evaluated using Escherichia coli as in vivo model showing the important protection role against desiccation, oxidant conditions, and osmotic stress. AcLEA recombinant protein was localized in cytoplasm of Nicotiana benthamiana protoplasts and orthologs were detected in seeds of wild and domesticated amaranth species. Interestingly AcLEA was detected in leaves, stems, and roots but only in plants subjected to salt stress. This fact could indicate the important role of AcLEA protection during plant stress in all amaranth species studied."

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Amaranth seeds Circular dichroism Intrinsically disordered proteins (IDP) Late embryogenesis abundant (LEA) proteins Nuclear magnetic resonance Western blot BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOLOGÍA MOLECULAR

Evaluación de desechos de la industria quesera para la producción de 2-fenil etanol

Evaluation of waste of the cheese industry for the production of 2-phenyl ethanol

LAURA CONDE BAEZ JAVIER CASTRO ROSAS JOSE ROBERTO VILLAGOMEZ IBARRA JESUS BERNARDO PAEZ LERMA CARLOS ALBERTO GOMEZ ALDAPA (2017)

La industria quesera genera dos tipos de lactosuero, principalmente, dulce y ácido. Pocos son los estudios que han utilizado estos dos tipos de lactosuero para la producción de 2-feniletanol (2-FE); así como el análisis resonancia magnética nuclear (RMN) para determinar el porcentaje de α-β lactosa en cada tipo de lactosuero. Debido a ello, en este trabajo se evaluó la producción de 2-FE por Kluyveromyces marxianus utilizando lactosuero dulce (LD) y lactosuero ácido (LA). Se realizó el ajuste de los dos tipos de lactosuero a pH 4.8 y se pasteurizaron a 63 ºC/30 min con un inóculo inicial de K. marxianus (1 UFC/mL × 106 UFC/mL). La identificación y cuantificación de 2-FE se realizó por cromatografía de gases (CG). K. marxianus logró producir 2-FE en los dos tipos de lactosuero (LD y LA) en concentraciones máximas de 0.44 g/L y 0.32 g/L, respectivamente. Para LD se determinó un 82.35% de β-lactosa.

The cheese industries generate two types of whey, sweet (SW) and acid (AW). Few studies have used both types of whey to produce 2-fenilethanol (2-FE), as well as nuclear magnetic resonance (NMR) to determine the percentage of α-β in each type of whey. We assessed the

production of 2-phenyl ethanol (2-FE) by Kluyveromyces marxianus

using as SW and AW as substrates. Both types of whey were treated at pH 4.8 and pasteurized at 63 °C for 30 min with an initial inoculum of

K. marxianus (1 × 106 CFU/mL). The identification and quantification of 2-PHE was performed by gas chromatography (GC). We then determined the (α-β) lactose by nuclear magnetic resonance (NMR). K. marxianus was capable of producing 2-FE in the two types of whey in obtaining maximum concentrations of 0.44 g/L and 0.32 g/L,

respectively. For SW, we found a concentration of β-lactose 82.35%.

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CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA 2-Feniletanol Lactosuero Kluyveromyces marxianus Resonancia magnética nuclear 2-Phenyl ethanol Whey Nuclear Magnetic Resonance

Acidity and basicity interplay in amide and imide self-association

Tomás Rocha Rinza Marcos Hernández Rodríguez BEATRIZ QUIROZ GARCIA (2018)

Amides dimerise more strongly than imides despite their lower acidity. Such an unexpected result has been rationalised in terms of the Jorgensen Secondary Interactions Hypothesis (JSIH) that involves the spectator (C[double bond, length as m-dash]OS) and H-bonded (C[double bond, length as m-dash]OHB) carbonyl groups in imides. Notwithstanding the considerable body of experimental and theoretical evidence supporting the JSIH, there are some computational studies which suggest that there might be other relevant intermolecular interactions than those considered in this model. We conjectured that the spectator carbonyl moieties could disrupt the resonance-assisted hydrogen bonds in imide dimers, but our results showed that this was not the case. Intrigued by this phenomenon, we studied the self-association of a set of amides and imides via1H-NMR, 1H-DOSY experiments, DFT calculations, QTAIM topological analyses of the electron density and IQA partitions of the electronic energy. These analyses revealed that there are indeed repulsions of the type OS⋯OHB in accordance with the JSIH but our data also indicate that the C[double bond, length as m-dash]OS group has an overall attraction with the interacting molecule. Instead, we found correlations between self-association strength and simple Brønsted–Lowry acid/base properties, namely, N–H acidities and C[double bond, length as m-dash]O basicities. The results in CDCl3 and CCl4 indicate that imides dimerise less strongly than structurally related amides because of the lower basicity of their carbonyl fragments, a frequently overlooked aspect in the study of H-bonding. Overall, the model proposed herein could provide important insights in diverse areas of supramolecular chemistry such as the study of multiple hydrogen-bonded adducts which involve amide or imide functional groups.

Article

http://doi.org/10.1039/c8sc01020j

BIOLOGÍA Y QUÍMICA Hydrogen-bonded complexes Nuclear Magnetic Resonance Base pair stability Equilibrium acidities Secondary interactions Uracil derivatives Gas phase DNA Dimers 2-pyrrolidone

Brain Tumor Tissue Segmentation in Multimodal Images

ELISEE ILUNGA MBUYAMBA (2017)

Brain tumor is one of the main cause of death in the world. Its possible treatment consists in a surgery performed by neurosurgeons who open the skull (called craniotomy) for removing abnormal cells. After tumor resection, patients benefit of improved survival and life quality. Multimodal images, preoperative Magnetic Resonance Imaging (MRI) and intraoperative Ultrasound (iUS) data, are in general used to support this complex surgical operation. Preoperative images allow the tumor diagnosis and the surgery planning. Intraoperative data provide an update in the visualization of the brain during the operation and enable the control of resection. Indeed, geometrical parameters like tumor volume, position and distance to risk structures are needed for the success of the surgery. Thus, the detection and extraction of tumorous tissues are important. In this work, the brain tumor segmentation in multimodal images is addressed. Tumorous tissue extraction consists in three main stages. First, alternative methods for brain tumor segmentation in MRI are proposed. Second, the tumor delineation in iUS using a patient specifc MR tumor model is suggested. Third, an approach based on the fusion of intraoperative B-mode and contrast-Enhanced Ultrasound (CEUS) data is suggested for detection of tumor residuals in iUS.

Doctoral thesis

CIS- Doctorado en Ingeniería Eléctrica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA Brain Tumor Tissue - Segmentation Multimodal Images MRI ( Magnetic Resonance Imaging) iUS (intraoperative Ultrasound) CEUS (Contrast-Enhanced Ultrasound)

Denoising of brain DW-MR data by single and multiple diffusion kernels

ALONSO RAMIREZ MANZANARES Jonathan Rafael Patiño López MANZAR ASHTARI (2010)

Diffusion Weighted Magnetic Resonance Imaging is widely used to study the structure of the fiber pathways of white matter in the brain. However, the recovered axon orientations can be prone to error because of the low signal to noise ratio. Spatial regularization can reduce the error, but it must be done carefully so that real spatial information is not removed and false orientations are not introduced. In this paper we investigate the advantages of applying an anisotropic filter based on single and multiple axon bundle orientation kernels. To this end, we compute local diffusion kernels based on Diffusion Tensor and multi Diffusion Tensor models. We show the benefits of our approach to three different types of DW-MRI data: synthetic, in vivo human, and acquired from a diffusion phantom

Las imágenes por resonancia magnética pesadas en difusión son ampliamente utilizadas para el estudio de las estructuras cerebrales dentro de la materia blanca del cerebro. Sin embargo, recuperar las orientaciones de los axones puede ser susceptible a errores por el ruido dentro de la señal. Una regularización espacial puede mejorar la estimación, pero debe ser realizada cuidadosamente dado que puede remover información espacial ó introducir falsas orientaciones. En este trabajo se investigaron las ventajas de aplicar un filtro anisotrópico basado en simples y múltiples kerneles de orientación de manojos de axones. Para esto, hemos calculado kerneles locales de difusión basados en modelos de tensores de difusión y multi tensores de difusión. Mostraremos los beneficios de nuestra propuesta en 3 tipos diferentes de imágenes obtenidas por resonancia magnética pesada en difusión: Datos sintéticos, imágenes humanas tomadas en vivo, y datos obtenidos de un fantasma simulador de difusión

Article

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD Diffusion Weighted Magnetic Resonance Imaging (DW-MRI) Denoising Diffusion tensors Multi-tensor Anisotropic filtering DWI (Diffusion-Weighted Imaging) Imágenes por Resonancia Magnética Pesadas en Difusión (DW-MRI) Filtrado de ruido Tensor de difusión Multitensor Filtrado anisotrópico DWI (Imágenes Pesadas en Difusión)

Design and Validation of a Robust Diffuson-Weighted-MRI Monte Carlo Simulator

Jonathan Rafael Patiño López (2015)

This thesis presents the development of a robust Monte Carlo Magnetic Resonance Diffusion Simulator (MCDS). The MCDS has been used extensively for validation and development of analytical models to study the brain white matter microstructure.

Master thesis

Monte Carlo, Magnetic Resonance, Diffusion, Simulator MRI, Finite Element CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Segmentation of neonatal brain magnetic resonance images

Rodríguez Domínguez, Ulises (2016)

The segmentation of brain Magnetic Resonance Imaging (MRI) images is known to be a useful computational tool to aid in the medical diagnosis of brain diseases and more generally of diseases related to the central nervous system. This type of segmentati

Master thesis

Atlas-based segmentation, image processing, magnetic resonance, neonatal brain, segmentation. CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Identificación y modelado de resonancias en la transmisión de señales en substratos anisotrópicos

GABRIELA MENDEZ JERONIMO (2014)

Las líneas de transmisión tipo stripline, presentan más de una resonancia

cerca de las frecuencias en las que múltiplos de media longitud de onda de las

señaales que se propagan, igualan la separación entre las fibras tejidas a lo largo

de su recorrido dentro de una tarjeta de circuito impreso. Estas resonancias

tienen un efecto que impacta negativamente el rendimiento de las interconexiones

en alta frecuencia.

En este trabajo, se presenta un análisis exhaustivo acerca del origen de

dichas resonancias. Además, es propuesta una metodología para la implementación

del circuito equivalente de striplines y un método analítico que permite

la obtención de su constante de propagación efectiva e impedancia característica,

incluyendo este efecto no deseado. Ambos modelos, consideran la presencia

de cargas periódicas en la línea y las representan como capacitores, es por esto

que como parte del estudio realizado, también se propone un método para la

determinación del valor de estos capacitores, empleando datos experimentales.

Con el fin de validar las propuestas realizadas, se comparan los resultados

obtenidos de las simulaciones de circuito equivalente, y los datos obtenidos de

manera analítica con mediciones realizadas hasta 50 GHz a striplines fabricadas

en materiales comerciales.

Master thesis

Strip line components Transmission line theory Resonance Modelling Anisotropic media CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA