Obronione tezy

Statystyczne modele kształtu do rekonstrukcji struktur kostnych w chirurgii twarzowo-szczękowej i ortopedycznej
 
Dyscyplina naukowa: Inżynieria biomedyczna
 

Przedmiotem pracy są statystyczne modele kształtu stosowane do rekonstrukcji struktur kostnych w chirurgii kostnej. Modele te umożliwiają planowanie trudnych zabiegów rekonstrukcyjnych, w których nie jest możliwe odtworzenie naturalnej krzywizny kości przy pomocy odbicia zwierciadlanego.

Celem pracy jest zaplanowanie zabiegu rekonstrukcyjnego w oparciu o statystyczny model kości oraz stworzenie aplikacji, która umożliwi komputerowe wspomaganie procesu planowania zabiegów rekonstrukcyjnych. Aplikacja ta (Sevismo PL) jest bardzo istotnym elementem pracy, ponieważ umożliwia wygenerowanie modelu i jego dopasowanie do brakujących struktur.

 
Własności półprzewodnikowe stałych roztworów Pb (Zrx Ti 1-x)O3 oraz wpływ domieszek na te własności.
 
Dyscyplina naukowa: Inżynieria materiałowa
 
 
Fraktalny opis struktury pasmowej
 
Dyscyplina naukowa: Inżynieria materiałowa
 

Niniejsza praca stanowi próbę zastosowania metod analizy fraktalnej do opisu niejednorodności pasmowego rozmieszczenia cząstek fazy dyspersyjnej. Ponieważ zbiory cząstek mają ograniczoną wielkość, do ich charakterystyki wykorzystane zostały metody analizy fraktalnej pozwalające na estymację wymiarów fraktalnych. Na podstawie tych podstawowych charakterystyk fraktali jakimi są różne wymiarowości zbiorów, dokonany został opis różnych aspektów niejednorodności struktury pasmowej.
Na podstawie opracowanego programu komputerowego konstruowany jest płaski obraz struktury, w którym przekroje cząstek fazy dyspersyjnej są kołami. Założono, że rozkład cząstek według ich średnicy w przestrzeni jest rozkładem Rayleigha. Różnorodność możliwych rozwiązań w generowaniu struktur pasmowych sprowadzono do czterech wariantów.

Multifraktalny opis symulowanych struktur pasmowych przy zastosowaniu metody dendrytu minimalnego jako estymatora uogólnionych wymiarów fraktalnych został sprowadzony do prostego algorytmu:
- generowanie struktury pasmowej z określeniem współrzędnych środków ciężkości cząstek fazy dyspersyjnej, co przedstawiłem na poprzednich foliach,
- generowanie dendrytu minimalnego MST dla zbioru środków ciężkości cząstek fazy dyspersyjnej,
- wyznaczenie funkcji niejednorodności alfa(q) z uwzględnieniem jej krzywizny,
- wyznaczenie widma uogólnionych wymiarów fraktalnych D(q).

Wyniki działania szczegółowych procedur powyższego algorytmu przedstawiono dla każdego typu struktury, w celu ujawnienia wpływu różnych aspektów niejednorodności na przebieg funkcji alfa(q), a tym samym i zmiany uogólnionych wymiarów fraktalnych.

Z powyższej analizy wynika, że krzywizna funkcji alfa(q) oraz widmo uogólnionych wymiarów fraktalnych D(q) są tymi wielkościami, które są dostatecznie „czułe" na szerokie spektrum niejednorodności rozmieszczenia cząstek fazy dyspersyjnej w strukturach pasmowych a zastosowanie metody dendrytu minimalnego (MST) jako estymatora uogólnionych wymiarów fraktalnych zbiorów skończonych znajduje pełne uzasadnienie w praktyce.

 
Zastosowanie stereometrii powierzchni i analizy multifraktalnej w opisie morfologii przełomu materiałów
 
Dyscyplina naukowa: Inżynieria materiałowa
 

Jednym z istotnych zadań inżynierii materiałowej jest optymalizacja właściwości materiałów między innymi w aspekcie odporności na pękanie. Ilościowa charakterystyka profilu przełomu stanowi niezbędne ogniwo w badaniu procesu dekohezji. Metoda ta pozwala na ocenę odporności materiału na pękanie. Estymatorem jest w tym przypadku stopień rozwinięcia przełomu, którego oszacowanie prowadzi się na podstawie analizy stopnia rozwinięcia profilu z ewentualnymi przesłonięciami i pęknięciami wtórnymi.

Dla ograniczenia pracochłonności procedury badawczej związanej z preparatyką zgładów poprzecznych i analizą obrazu oraz dla wyeliminowania niedostatku metody wynikającej z uwzględnienia najczęściej jednego tylko profilu, w pracy wysunięto koncepcję zastosowania profilografometru do stereometrycznego badania powierzchni przełomu i opracowania odpowiednich algorytmów alternatywnej metody oceny morfologii przełomu.

Ponieważ za pomocą profilografometru nie można ujawnić występujących przesłonięć i pęknięć, zaproponowano zastosowanie analizy multifraktalnej, w której parametry widma multifraktalnego pozostają w ścisłym związku ze stopniem rozwinięcia profilu. Dowodzi tego usunięcie z rzeczywistego profilu przesłonięć i pęknięć wtórnych, kiedy uzyskuje się profil symulowany, który odpowiada zarejestrowanemu za pomocą profilografometru. Opracowana metodyka analizy multifraktalnej stanowi ogniwo łączące oba sposoby badania profilu przełomu.

Kluczową rolę w ilościowym opisie profilu i przełomu badanych profilografometrycznie spełnia opracowany sposób definiowania prawdopodobieństwa występowania maksymalnych odległości euklidesowych, wskazujących na występowanie artefaktów przełomu w analizowanym obszarze. Rozwiązany w pracy problem stanowi całkowite nowum w omawianym zakresie. Jest rozszerzeniem bardzo czasochłonnej i stosunkowo mało reprezentatywnej, a jedynej stosowanej dotychczas metody fraktografii ilościowej i analizy obrazu. Wymienione niedostatki eliminuje w znakomitym stopniu stereometryczne badanie powierzchni przełomu, pozwalające na bardzo szybką analizę dowolnej liczby jego profili w jednym lub wzajemnie prostopadłych kierunkach, bądź wprost – wybranego fragmentu przełomu. Jego artefakty, będące wyrazem spowalniania procesu dekohezji i rosnącej odporności materiału na propagację szczeliny, są w opracowanej metodzie identyfikowane co do liczebności i położenia techniką multifraktalną.

Poprawność rozwiązania jest potwierdzona także przez bardzo silny związek z właściwościami wytrzymałościowymi badanego materiału, w pełni zgodny z teoretycznymi i empirycznymi danymi literaturowymi. Nowa metoda stereometryczno-fraktalnego opisu morfologii przełomu w połączeniu z fraktografią ilościową może być precyzyjnym i bardzo szybkim narzędziem analizy materiałoznawczej. Wszystkie rozwiązania zweryfikowano na materiale węglików spiekanych typu WC-Co, stali chromowo molibdenowej oraz ceramice sialonowej, wykazując uniwersalność metody przeliczania szerokości widma multifraktalnego na udział procentowy przesłonięć przełomu. Podano zarazem ogólny tok postępowania przy analizie procesu dekohezji metodą stereometryczno-fraktalną i fraktograficzną.

 
Synteza pasywnych struktur kanonicznych w analogowych układach elektronicznych
 
Dyscyplina naukowa: -
 
 
Programowalna pompa perystaltyczna do zastosowań biotechnologicznych
 
Dyscyplina naukowa: Inżynieria biomedyczna
 
 
Adaptacyjna metoda segmentacji obrazu
 
Dyscyplina naukowa: Informatyka
 

W pracy przedstawiono nową metodę segmentacji obrazów barwnych. Założeniem było opracowanie metody bezparametrowej, która dopasowuje się do analizowanego obrazu, dzięki czemu może służyć do przeprowadzania segmentacji wielu klas obrazów.

Punktem wyjścia była metoda łączenia obszarów (ang. region-merging), w której kryterium jednorodności jest wariancja jasności powstających obszarów. Metoda została uzupełniona o mechanizmy adaptacji współczynników algorytmów do cech analizowanego obrazu. Współczynniki te są modyfikowane w każdej iteracji algorytmu, co powoduje dynamiczne dopasowanie kryteriów łączenia obszarów.

W celu zwiększenia skuteczności algorytmu i wyeliminowania błędów powstających podczas łączenia podobnych obszarów wprowadzono elementy krawędziowej metody segmentacji. W procesie łączenia uwzględniana jest siła krawędzi oddzielających poszczególne obszary, dzięki czemu znacznie wzrosła jakość segmentacji.
Podstawowy mechanizm proponowanej metody działa w oparciu o obraz monochromatyczny. Zaproponowano rozszerzenie metody o algorytm badający podobieństwo kolorów łączonych obszarów. W tym celu obraz jest transformowany do przestrzeni barw HSL i w każdej iteracji algorytmu segmentacji pod uwagę brane jest podobieństwo kolorów. Podobieństwo jest wyznaczane przez nową miarę odległości barw, uwzględniającą zróżnicowanie kolorystyczne analizowanego obrazu.

Metoda pozwala na przeprowadzanie segmentacji wielu klas obrazów. Jednak w celu otrzymania najlepszych rezultatów dla wybranej grupy obrazów (np. obrazów mikroskopowych) można wprowadzić drobne modyfikacje usprawniające pracę algorytmu i podnoszące jakość otrzymywanych wyników. Sposoby modyfikowania metody również zostały opisane w pracy.

Zaproponowana metoda segmentacji obrazów została porównana z innymi bezparametrowymi metodami pod kątem jakości segmentacji oraz czasu jej przeprowadzania. Wyniki potwierdzają wysoką skuteczność opracowanego algorytmu.

Copyright © 1997-2012 - Zakład Komputerowych Systemów Biomedycznych.
Uniwersytet Śląski, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach, Instytut Informatyki, ul. Będzińska 39, 41-200 Sosnowiec, Polska