Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Un enfoque de aprendizaje profundo para la cuantificación de la función cardíaca
Get PDFLas enfermedades cardiovasculares son la primera causa de muerte a nivel mundial.
Es por esto que las tareas de detección temprana, diagnóstico y pronóstico resultan de
vital importancia para las personas que padecen o corren riesgo de padecer estas patolog
ías. Dos indicadores ampliamente utilizados para cuantificar la función y estructura
cardiaca son la fracción de eyección (EF) y la masa del miocardio correspondiente al
ventrículo izquierdo (LVM), cuyo cálculo requiere identificar y delinear de forma precisa
los contornos de distintos tejidos del corazón en estudios de imágenes médicas. Si
bien existen métodos semiautomáticos para realizar esta tarea, no suelen tener la precisi
ón alcanzada mediante la demarcación manual, la cual es comúnmente considerada
tediosa, repetitiva y puede demandar alrededor de 20 minutos por paciente para un
médico experto. En este contexto, se propone trasladar al ámbito clínico una aplicación
que permita cuantificar la función cardiaca a partir de la estimación de la EF y LVM
de manera automática en estudios de resonancia magnética nuclear; con precisiones
y errores comparables a los obtenidos por especialistas. Con ese objetivo se diseñó y
desarrolló la herramienta de código abierto CardIAc, la cual incorpora dos modelos de
redes neuronales profundas que se entrenaron para detectar las estructuras cardiacas
de interés. De esta manera, se presenta un enfoque automático que logra reducir el
tiempo de los métodos tradicionales a 2 min. (CPU) y 30 seg. (GPU), con errores en
la cuantificación de EF (0.02±4.6[ %]) que se encuentran en el rango inter-observador
actual. Asimismo, este enfoque contempla la posibilidad de realizar una corrección manual
de los tejidos identificados en la etapa de detección de estructuras. La herramienta
provista se desarrolló como una extensión del software de visualización y procesado de
imágenes médicas 3DSlicer, integrándose así con el resto de utilidades nativas
Estudio e implementación en unidades de procesamiento gráficos GPU S de un formador de imagen SAR usando técnica de backprojection
Get PDFEl algoritmo Backprojection en el domino temporal fue presentado como una simple
pero efectiva técnica para enfocar imágenes SAR sin hacer ninguna suposición, siendo
capaz de procesar datos de cualquier modo de adquisición SAR y realizar compensación
de movimiento de forma natural en el mismo algoritmo. Su principal desventaja es su
carga computacional de O(N"3), convirtiéndolo en una opción lenta y no conveniente
para implementar en procesamiento serial. Sin embargo, dado el constante avance
tecnológico de las unidades de procesamiento gráfico de propósito general (GPGPU)
que permite programación en paralelo, ahora es posible considerar la inclusión del
Backprojection en el conjunto típico de algoritmos de formación de imágenes SAR.
Este proyecto se enfoca en entender los fundamentos de las adquisiciones SAR y
en la implementación del algoritmo Backprojection en una GPU NVIDIA T4 para
procesamiento en tierra y en tiempo real. En este documento se presenta de forma
gráfica e intuitiva las bases teóricas del Backprojection.
Dos métodos de interpolación en rango fueron propuestos, el primero es un
sobremuestreo de los ecos recibidos y el segundo es un interpolador Sinc. Con ambos
métodos se logro reducir los lóbulos secundarios de la respuesta en acimut. Se
encontró que si la cantidad de memoria de la GPU no es un factor limitante entonces
efectuar un sobremuestreo es mas eficiente, de no ser así, el interpolador Sinc logra su
cometido a cambio de un tiempo de procesamiento superior. Se aplico una ventana
Kaiser de parámetro β = 2,5 en la compresión en rango, logrando reducir los lóbulos
secundarios de la respuesta desde una PSLR de -13 dB hasta -20 dB. Se integro una
rutina de compensación de movimiento en el mismo Backprojection y exitosamente se
lograron corregir errores de enfoque debido a trayectorias no ideales de la plataforma
SAR. Se implemento con la librera OpenCV un post procesamiento de imágenes
dedicado a corregir deformaciones geométricas debido a adquisiciones con squint y a
espaciamientos en rangos no constantes, además de esto se aplico una ecualización
de histograma adaptativo de contraste limitado y un ltro de mediana para reducir
speckle noise del producto nal.
Finalmente, se presenta la implementación de un procesador en tiempo real
Backprojection. Para lograr la velocidad de procesamiento requerida, la versión básica
del algoritmo sin la interpolación ni compensation de movimiento fue ejecutada. Para
probar esta rutina se realizo una simulación y se obtuvieron resultados satisfactorios,
sin embargo aun se necesita una interfaz real con instrumentos SAR.
El algoritmo fue escrito en Python y CUDA/C usando la librera CuPy, Para probar
el algoritmo se simularon bancos puntuales con el simulador de INVAP, SIDRA y
también se usaron datos reales del proyecto SARAT proporcionados por CONAE
Historias que hacen nuestra identidad. Maestro Facundo Agudín Director de la Sinfónica Patagonia.
No full textEl Maestro Agudín nos cuenta su historia de vida en Bariloche, recuerdos de su infancia en el Instituto Balseiro, su consagración como Director de orquesta y el Proyecto Sinfónica Patagonia de la UNRN
Robustez de las redes neuronales profundas para clasificar imágenes médicas.
Get PDFEn esta tesis se aborda el problema de clasificación automática de imágenes utilizando técnicas de redes neuronales profundas. Estas técnicas permiten lograr resultados comparables con los del sistema visual humano, pero presentan limitaciones tales como ser vulnerables a ejemplos adecuadamente elegidos. Estos ejemplos, son llamados ejemplos adversariales y se pueden construir de diversas maneras a partir de una imagen natural. Los ejemplos adversariales son clasificados erróneamente por la red, pero son
visualmente indistinguibles de las imágenes naturales.
Luego de un estudio exhaustivo de dicha problemática, se realiza la generación de ejemplos adversariales sobre dos bases de datos ampliamente conocidas. Luego, dada una imagen se implementa un algoritmo que detecta si la misma es natural o adversarial,
tomando nota de la precisión del método.
Por ultimo, se realizaron las mismas pruebas sobre una base de datos de imágenes de una patología denominada retinopatía diabetica, en donde la red neuronal utilizada categoriza la imagen según la gravedad de la enfermedad o la ausencia de la misma. La
detección de las imágenes adversariales de retinopatía diabetica utilizando el método propuesto en este estudio presenta un error de 3:8 %
Análisis elastoplástico de un sello por contacto metal-metal.
Get PDFEn este trabajo se realizo un análisis elastoplástico del Sello RT. Se trata de un sello de tipo contacto metal-metal, en el cual el sellado se produce debido a la deformación plástica generada en dicho contacto. Este sello sería implementado en una facilidad del
reactor RA-10.
El análisis se llevo a cabo mediante el modelado con elementos nitos, haciendo uso del software Abaqus.
Se realizo un estudio de sensibilidad del sello frente a diversos parámetros. En particular, se analizo la dependencia de la presión y longitud de contacto frente a las tolerancias geométricas de las piezas, a las propiedades mecánicas del material con el que están fabricadas y, finalmente, frente a la magnitud de la precarga del sello.
Dadas las condiciones de operación del sello y de la posibilidad de su reutilización se decidió, ademas, realizar un estudio de los ciclados térmicos y mecánicos a los que esta sometido
Efectos de la interacción electrón-electrón y campos magnéticos en gases bidimensionales de electrones.
Get PDFEn este trabajo hemos estudiado los efectos de la interacción electrón-electrón
y campos magnéticos en gases cuasi-bidimensionales de electrones (q2DEGs). Para
estos sistemas, con un campo magnético aplicado en la dirección de cuantización,
se estudiaron los efectos de las interacciones electrónicas en el régimen del efecto
Hall cuántico entero. En una primera etapa, se usó la aproximación de Hartree-Fock
variacional para estudiar los posibles cruces de niveles de Landau en un sistema
de tres láminas semiconductoras acopladas. A partir de este estudio se determinó
en que situaciones los niveles de Landau se ¨anti-cruzan¨ (estados ¨easy-axis¨) o se
mezclan (estados ¨easy-plane¨), al coincidir sus energías con el potencial químico
μ. Se demuestra que este comportamiento es una consecuencia de la competencia
entre las interacciones de Hartree e intercambio.
Para el estudio de los q2DEGs dentro del marco de la teoría de funcional densidad
(DFT), se desarrolló el formalismo de intercambio exacto para estos sistemas
con campo magnético aplicado. Se obtuvo un funcional para la energía de intercambio
que se minimiza de manera no analítica en los valores enteros del factor de
llenado ν. Se encontró una solución analítica para el potencial de intercambio exacto
en el régimen de una subbanda ocupada. Este potencial presenta discontinuidades
en los valores entero de ν, que pueden ser inducidas incluso a densidad constante,
variando el campo magnético. Estos funcionales de intercambio exacto presentan
notables diferencias con los correspondientes en la aproximación de densidad local.
Por último, dentro de la DFT, utilizando el esquema de Kohn-Sham (KS) y respuesta
lineal se calculó la resistividad longitudinal ρxx para dos sistemas de interés
desde el punto de vista experimental. Se evidenció en los cálculos la importancia de
las interacciones, principalmente en las regiones donde se cruzan varios niveles de
Landau. Los resultados obtenidos son bastante cercanos a los experimento
Estudio de formadores de poros para pastillas combustibles de (U,Gd)O_2 nanoparticulado obtenido por coprecipitación inversa.
Get PDFEn el presente trabajo se estudió el efecto de dos compuestos formadores de poros sobre pastillas combustibles de (U; Gd)O_2 nanoparticulado obtenido a partir de la vía de coprecipitación inversa, en el marco del desarrollo de combustible de U natural con 10%
de Gd a utilizarse en el Reactor Argentino CAREM-25 y de los procesos de fabricación que se llevan a cabo actualmente en el sector industrial. Se utilizaron como formadores de poros polvos de AD(U; Gd) y (U; Gd)_3O_8, los cuales corresponden a compuestos de uranio obtenidos como productos intermedios de la síntesis de (U; Gd)O_2. El proceso de fabricación utilizado comprende la síntesis de la materia prima mediante una ruta de coprecipitación, la conversión de la misma en el material que constituye la matriz del combustible, la compactación de pastillas en verde y la obtención de monolitos sinterizados.
A través de diversas técnicas de la ciencia de materiales se llevaron a cabo procesos de caracterización de la morfología, fases cristalinas presentes y composición de los polvos de (U; Gd) utilizados, así como también la determinación de distintos parámetros de las pastillas como ser la densidad en verde y sinterizada, variaciones másicas y dimensionales, y el volumen y tipo de porosidad obtenida. Para esto último, se desarrolló e implementó un método automatizado para la medición de las dimensiones de los poros obtenidos a través del procesamiento de imágenes ceramográficas de las pastillas, por medio del Software libre ImageJ.
Se fabricaron y ensayaron 25 pastillas combustibles, en grupos de 5, para las concentraciones
blanco, 2 y 4% en peso de AD(U; Gd), y 7 y 14% en peso de (U; Gd)_3O_8.
Los requerimientos sobre morfología y distribución de poros en la pastilla se cumplieron en todos los casos, obteniéndose valores de densidad entre el 96 y el 98% DT. El valor más cercano al requerimiento industrial obtenido en este trabajo es el de 96 ± 0; 4%,
para el caso del 4% de AD(U; Gd). Además, el AD(U; Gd) presentó ventajas por sobre la utilización de (U; Gd)_3O_8 con respecto a la distribución de tamaño de poros y a las concentraciones necesarias para alcanzar el mismo volumen de porosidad
Sinapsis artificial utilizando memristores.
Get PDFEl trabajo que se presenta a continuación fue realizado en el marco de la Tesis de carrera de grado de Ingenieria en Telecomunicaciones. El mismo tiene una fuerte componente experimental y se llevó a cabo en las instalaciones de la Sala Limpia de Nanofabricación y Nanocaracterización del Centro Atómico Bariloche, (CAB). El proyecto titulado "Sinapsis Artificial Utilizando Memristores"se focalizó en la fabricación y caracterización de estos dispositivos con el fin de encontrar analogías con la sinapsis biológica.
La demanda de mayores capacidades de procesamiento de la información ha incentivado a búsqueda de nuevos paradigmas a partir de tecnologías y materiales innovadores. Resulta un camino natural orientar dicha búsqueda a la observación de la biología, más precisamente a las unidades estructurales de procesamiento que componen el cerebro humano. En el Capítulo 1 se explayan estas ideas y se ofrece un breve resumen del estado del arte de esta tecnología.
En el Capítulo 2 se introduce el concepto de memristor como un dispositivo capaz de cambiar su resistencia acorde a la cantidad de carga que pasa a través de el, y se enuncian sus principales características. Una forma de identificar su comportamiento es a partir de su ciclo de histéresis en las curvas tensión-corriente, o curvas IV, en donde pueden observarse dos estados de resistencia estables, no volátiles y bien diferenciados. Estos estados discretos, o "digitales", hacen evidente el uso de memristores como memorias. En algunos sistemas es posible hallar estados de resistencia intermedios, o estados \analógicos", entre estos valores discretos, a partir de una excitación eléctrica adecuada. Al final de este capítulo también se presentan conceptos básicos de la sinapsis biológica.
La sinapsis biológica es una estructura funcional y elemental que media la comunicación entre neuronas. La facilidad o eficiencia con la que dos neuronas se comunican se denomina "peso sináptico". El mismo puede modificarse y esta variación se denomina "plasticidad sináptica". Es de interés de este trabajo encontrar analogías entre la variación del peso sináptico y el cambio de resistencia en los estados intermedios de los sistemas memristivos.
Para encontrar las analogías se usaron sistemas memristivos compuestos por tres capas: un electrodo inferior, un óxido binario en el medio y un electrodo superior. Uno de los sistemas medidos, compuesto por Ti/TiO2/Pd, fue fabricado por N.Ghenzi etal. [1], en el Laboratorio Nanogune localizado en País Vasco, España. El resto de los sistemas se fabricaron durante este trabajo. En el Capítulo 3 se detallan los procedimientos experimentales realizados y los equipos utilizados, tanto para la elaboración como para la caracterización eléctrica de los dispositivos.
Los sistemas memristivos fabricados en las instalaciones del CAB tienen en común el electrodo inferior de Au de 75 nm de espesor, seguido por una película delgada de TiO2 de 55 nm producido por el método de sol-gel. El electrodo superior varía de una muestra a otra y puede ser Al (45 nm), Au (75 nm) o Ag (25 nm). El diseño de los electrodos se transfirío por fotolitografía mediante mascaras de Ag. Los detalles de diseño y los procedimientos finales se describen en el Capítulo 4.
En el Capítulo 5 se relevan los ciclos de histéresis de los sistemas y tratan de buscarse rangos de tensiones en los cuales haya comportamientos repetibles. Las analogías con la sinapsis biológica se describen en el Capítulo 6. Se estudian dos propiedades
principales, la primera es la acumulación, que consiste en el aumento o disminución del peso sináptico debido a la repetición de un estímulo de igual amplitud, mientras que la segunda es una propiedad de sincronismo. Dicha propiedad se denomina Spike-Timing-
Dependent-Plasticity (STDP) y asocia cambios de peso sináptico de mayor amplitud a estímulos que se suceden más cerca temporalmente.
Finalmente se hace una evaluación de los resultados obtenidos y se ofrecen perspectivas a futuro de esta investigación en el Capítulo 7
Análisis deterministas de eventos mas allá de la base de diseño en reactores experimentales de baja potencia. Caso de aplicación : RA1
Get PDFEn el presente trabajo de tesis se desarrollo un modelo del reactor RA1 mediante el cual se analizaron Eventos Mas Allá de la Base de Diseño en dicha instalación. El principal objetivo perseguido fue la capacitación y perfeccionamiento en la técnica de análisis determinista de seguridad nuclear. Dado que el RA1 se encuentra en un proceso de renovación de licencia operativa, se espera que este trabajo resulte en una contribución valiosa al análisis de seguridad nuclear de la instalación.
El modelo de planta se construyo de acuerdo a la información geométrica y operativa del reactor, con el fin de ser utilizado con el código termohidráulico RELAP5 3.3gl. Se consideraron las características particulares del reactor para definir los parámetros a evaluar en el análisis de resultados. Se modelaron los componentes mas relevantes de la instalación: núcleo del reactor con sus refrectores internos, la pileta del reactor, el tanque separador ubicado dentro de la pileta, y el sistema de refrigeración. La neutrónica se incluyo a través de los parámetros de cinética puntual teniendo en cuenta el sistema de extinción del reactor y las realimentaciones de reactividad debido a cambios en la
temperatura de combustible y reflector, y en la densidad de moderador.
Debido a la característica de núcleo abierto del reactor se considero útil la discretización del núcleo en varias zonas, construyendo de hecho cuatro modelos de núcleo, los cuales fueron contrastados con una experiencia de inserción de reactividad llevada a cabo en el reactor. Esta comprobación permitió inferir una buena capacidad del modelo para representar el acople termohidráulico y neutrónico de la instalación.
Posteriormente se simularon tres eventos mas allá de base de diseño: extracción inadvertida de la placa absorbente mas pesada, perdida de suministro eléctrico y falla total del secundario. El análisis de dichas simulaciones permite concluir que, frente a estos eventos, el reactor se mantiene refrigerado adecuadamente mediante la actuación de los coeficientes de realimentación de reactividad. Un resultado destacable fue la influencia del modelado del núcleo del reactor en la etapa mas exigente del evento RIA, en la cual se vio que a mayor discretización se predice una potencia máxima mayor. Otra información valiosa que se desprende del análisis de los transitorios, es el impacto que tiene la nodalización de la parte superior del núcleo en la predicción de la convención establecida entre el núcleo y la pileta del reactor. La herramienta de visualización espacial actualmente en desarrollo en la Sección Seguridad de Reactores Experimentales del CAB resulto de gran utilidad en el análisis de este efecto
Software de cálculo redundante para tratamientos de teleterapia
Get PDFLos avances de la tecnología aplicada a la radioterapia han permitido la creación de aceleradores lineales con sistemas de colimación especiales, dando lugar a la implementación de técnicas complejas de irradiación, con fotones de altas energías, que producen distribuciones de dosis que se ajustan a la forma del tumor, disminuyendo la dosis en los tejidos sanos cercanos de manera optimizada. Tratamientos con estas modalidades son VMAT (del ingles, Volumetric modulated arc therapy) y IMRT (del ingles, Intensity-modulated radiation therapy). Como parte de un programa de garantía de calidad, es altamente recomendado que las clínicas de radioterapia cuenten con un sistema de cálculo redundante, independiente al algoritmo que usa el planificador, para realizar el control de calidad de los tratamientos y así disminuir los riesgos de accidentes radiológicos.
En este trabajo se desarrollaron dos programas de calculo redundante, uno de ellos orientado únicamente para VMAT, llamado software campo-equivalente, y el otro para todos los tratamientos de teleterapia con fotones de alta energía, llamado software función-densidad. Ambos programas fueron desarrollados en lenguaje Python y requieren de: el correspondiente archivo DICOM del tratamiento, las funciones de distribución de dosis en profundidad (PDD) determinadas experimentalmente para distintos tamaños de campos y la función de dispersión total en fantoma, Scp, determinada a 10 cm de profundidad para distintos tamaños de campos de radiación cuadrados.
El programa campo-equivalente permite aprovechar las propiedades de las funciones de dispersión en fantoma, [D/ψ]rel y de dispersión en colimador, Sc, para hallar la profundidad y el tamaño de la arista de un campo cuadrado dosis-equivalente a todo el tratamiento VMAT. Para ello el software requiere las unidades monitoras dispensadas, las profundidades radiológicas y las posiciones del colimador multilámina para cada punto de control del tratamiento VMAT. Cada punto de control corresponde a la subdivisión del tratamiento que hace el planificador computado. Estos datos son extraídos del archivo DICOM del tratamiento y luego son procesados por el programa desarrollado para obtener el campo cuadrado dosis equivalente al tratamiento. Si bien este campo cuadrado no presenta utilidad clínica, ofrece una simplificación al problema de calculo, permitiendo obtener la dosis de un tratamiento VMAT simplemente hallando la dosis que produciría este campo en las condiciones de irradiación calculadas.
Con este método se calculo la dosis en el isocentro para distintos tratamientos VMAT producidos por un acelerador marca Elekta Synergy. El resultado se contrasto con los cálculos del planificador y se obtuvieron diferencias porcentuales menores al 1.6 %. En este trabajo se introdujo, también, una función que llamaremos densidad de dosis debido a que su integral de area sobre el campo irregular permite determinar la dosis en el isocentro. Esta función se obtuvo con los datos medidos de la función Scp para distintos campos cuadrados a distintas profundidades. Se encontró que dicha función se descompone en dos funciones, una que tiene en cuenta la contribución a la dosis de la radiación primaria y la otra la contribución de la radiación secundaria. Nos referimos como radiación primaria a las partículas cargadas que resultan de las primeras interacciones de la radiación proveniente directamente del cabezal del equipo con la materia, y como radiación secundaria a las partículas cargadas producidas por radiación dispersada en el medio.
El programa función-densidad hace uso de la función homónima para calcular la dosis en el isocentro de los tratamientos de teleterapia. Este programa permite extraer de los archivos DICOM las unidades monitoras dispensadas, las profundidades radiológicas y las posiciones del colimador multilamina para cada punto de control del tratamiento. El programa discretiza los campos irregulares de cada punto de control en una matriz de dimensión NxN, donde N es un numero denido por el usuario y cada elemento de matriz contiene la distancia radial desde el elemento hasta el eje central de radiación. En cada elemento de matriz se evaluó la función densidad y se la pondero con las unidades monitoras y con el cuadrado de la distancia de la fuente. Así, se obtuvo un campo efectivo, cuya integral de área resulta ser la dosis producida en el isocentro por todo el tratamiento. Se calculo la dosis de cinco tratamientos realizados con técnicas VMAT analizados con el software de campos equivalentes. Se hallo que el software función-densidad presenta diferencias con el planificador computado menores
al 1.1 %. Ademas, este software presenta menos dispersión en las diferencias porcentuales con las dosis calculadas con el planificador que el software campo-equivalente.
También se calculo, con el software función-densidad, la dosis producida en el isocentro para ocho tratamientos IMRT, encontrando diferencias aceptables con el planificador excepto para un tratamiento de cáncer de mama donde las diferencias son del orden del 18 %. Por ultimo, se calculo la dosis asociada a diez controles de calidad de tratamientos IMRT encontrando que la diferencia entre la dosis calculada con el software y la medida es semejante a la diferencia entre la dosis calculada por el planificador y la medida.
Se pudo concluir que ambos programas son prácticos, rápidos y producen, en la mayoría de los casos, desviaciones aceptables con la dosis producida en un punto debido a un tratamiento. Consecuentemente, estos programas podrían utilizarse en el ámbito clínico, siendo una herramienta fundamental para brindar confianza a la hora de llevar a cabo un tratamiento en radioterapia