• Nové metódy zobrazovania ľudských končatín na báze magnetickej rezonancie pre klinické aplikácie
• Rozvoj optických metód pre nanoelektroniku
• Rozpoznávanie prekrytých obrazových objektov pomocou metód lokalizovanej nezápornej faktorizácie matíc
  

---

Výsledok 1: Nové metódy zobrazovania ľudských končatín na báze magnetickej rezonancie pre klinické aplikácie

Projekty: VEGA 2/0090/11 a ŠPVV no. 2003SP200280203. (Ústav merania SAV)

Riešitelia: V. Juráš, L. Valkovič, P. Szomolányi, I. Frollo, D. Gogola, J. Přibil, T. Dermek

 Nové metódy zobrazovania ľudských končatín získané na báze javu magnetickej rezonancie (NMR) boli navrhnuté, experimentálne testované a klinicky overené. Dôraz bol kladený na testovanie zobrazovacích metód na tieto časti ľudského tela: kolenový kĺb, členok, Achillova päta, ruka pečeň a vokálny trakt. Bol vyvinutý rad nových zobrazovacích a spektroskopických sekvencií pre klinické zobrazovanie v spolupráci so zahraničným pracoviskom. Porovnávacie merania a zobrazovania boli vykonané pri magnetických poliach 0.18 Tesla, 3.0 Tesla a 7 Tesla a súčasne testované pomocou NMR spektroskopie pri poli 3.0 Tesla. Podrobný výskum bol vykonaný pri meraní relaxačných konštánt Achillovej šľachy.
Efekt kofeínu a alkoholu na NMR signál bol testovaný porovnávaním dilatácie ciev v končatine (ruka) bez a pod vplyvom uvedených látok. Bola vyvinutá metóda sledovania pohybu bránice pri dýchaní pre presnejšiu NMR spektroskopiu pečene a nová zobrazovacia sekvencia na rýchle zobrazovanie vokálneho traktu. Metodika bola úspešne testovaná na dobrovoľníkoch. Metodika nájde uplatnenie u pacientov na ortopedických klinikách. Je mimoriadne účinná pri sledovaní post-operačných stavov pacientov po transplantáciách.

Zahraničný partner: Univ.-Prof. Dr. Siegfried Trattnig, MR Center, Highfield MR, Department of Radiology, Medical University of Vienna, Austria. Zmluvy o vedeckej spolupráci zo dňa 28.8.2006 a 24.8.2009. 

Obr. 1. Vľavo: Obraz ľavej ruky s vyznačením oblastí vplyvu kofeínu. Vpravo: Obraz vokálneho traktu s vyznačením sledovaných oblastí.

Publikácie:

• JURÁŠ, Vladimír - WELSCH, G. - VALKOVIČ, Ladislav - SZOMOLÁNYI, Pavol - NÖBAUER-HUHMANN, I-M. - FROLLO, Ivan - TRATTNIG, S. The comparison of the performance of MRI clinical sequences for ankle imaging at 3T vs 7T. In Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM 2011) : 19th Annual Meeting & Exhibition. Editori D.F. Abbott, J.H. Ackermann et al. - Berkeley, CA, USA : ISMRM, 2011. ISSN 1545-4428, p. 3195. CD-ROM.
• VALKOVIČ, Ladislav - JURÁŠ, Vladimír - DERMEK, Tomáš - VOJTÍŠEK, Lubomír - FROLLO, Ivan. Low field NMR : The effect of stress on MR image contrast of the human hand. In YBERC 2010 : The 4th Biomedical Engineering Conference of Young Biomedical Engineers and Researches. Editori : Kolektív autorov. - Košice : Technická univerzita v Košiciach, 2011. ISBN 978-80-553-0596-7. p. 1-4. CD-ROM.
• GOGOLA, Daniel - VALKOVIČ, Ladislav - PŘIBIL, Jiří - DERMEK, Tomáš - VOJTÍŠEK, Lubomír - FROLLO, Ivan. Design and construction of a head probe coil for vocal tract imaging. In MEASUREMENT 2011 : Proceedings of the 8th International Conference on Measurement. Editori J. Maňka, V. Witkovský, M. Tyšler, I. Frollo. - Bratislava : Institute of Measurement Science SAS, 2011. ISBN 978-80-969-672-4-7, p. 360-363.
• VALKOVIČ, Ladislav - JURÁŠ, Vladimír - GOGOLA, Daniel - VOJTÍŠEK, Lubomír - FROLLO, Ivan. Low-field BOLD effect induced by alcohol and caffeine measured in the upper limb: A feasibility study. In MEASUREMENT 2011 : Proceedings of the 8th International Conference on Measurement. Editori J. Maňka, V. Witkovský, M. Tyšler, I. Frollo. - Bratislava : Institute of Measurement Science SAS, 2011. ISBN 978-80-969-672-4-7, p. 356-359.
• JURÁŠ, Vladimír - ZBYN, S. - PRESSL, Ch. - SZOMOLÁNYI, Pavol - FROLLO, Ivan - TRATTNIG, S. In vivo measurement of fast transversal relaxation times of achilles tendon using ultra-high field MRI. In MEASUREMENT 2011 : Proceedings of the 8th International Conference on Measurement. Editori J. Maňka, V. Witkovský, M. Tyšler, I. Frollo. - Bratislava : Institute of Measurement Science SAS, 2011. ISBN 978-80-969-672-4-7, p. 352-355.
• PŘIBIL, Jiří - HORÁČEK, J. - HORÁK, P. Two methods of mechanical noise reduction of recorded speech during phonation in an MRI device. In Measurement Science Review : journal published by Institute Measurement Science, Slovak Academy of Sciences, 2011, vol. 11, no. 3, p. 92-98. ISSN 1335-8871. (0.400-IF2010)
• HOCK, A. - VALKOVIČ, Ladislav - BOESIGER, P. - HENNING, A. Navigator based respiratory gating during acquisition and preparation phases for proton liver spectroscopy at 3T. In ESMRMB 2011 Congress. Leipzig, Germany, October 6-8, 2011. 

Výsledok 2: Rozvoj optických metód pre nanoelektroniku

Projekty: -

Riešiteľ: M. Hain

 Viacročná vedecká spolupráca s japonským ústavom "Nanoelectronics Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Japan" je zameraná na rozvoj optických meracích metód pre nanoelektroniku. Spolupráca je uskutočňovaná na základe písomnej dohody Memorandum of Understanding riaditeľov partnerských ústavov. V roku 2011 bola spolupráca zameraná na rozvoj optických metód charakterizácie materiálov pre nanoelektroniku a iné oblasti použitia. Bola spoločne rozpracovaná nová metóda merania rozptylu optického žiarenia dopadajúceho na povrch testovaného materiálu pomocou navrhnutej špeciálnej optiky (hemisférická šošovka s vysokým indexom lomu, obrazovod a dvojica rotačných elipsoidných zrkadiel), digitálnej CCD kamery a počítača s vyvinutým špecializovaným meracím softvérom. Navrhnutá metóda bola experimentálne verifikovaná a bolo vyvinuté experimentálne zariadenie Scatterometer na rýchle meranie distribučnej funkcie odrazeného svetla.

Obr.1.Vyvinuté zariadenie Scatterometer na rýchle a presné meranie distribučnej funkcie odrazeného svetla.

 

Obr.2. Užívateľské rozhranie vyvinutého meracieho softvéru zariadenia Scatterometer

Publikácia:

• KAWATE, E. - HAIN, M.: Development of a scatterometer for spatial distribution measurements of reflected and transmitted light from diffuse surfaces. In: MEASUREMENT 2011. Proceedings of the 8th International Conference on Measurement. Bratislava, Institute of Measurement Science SAS, 2011, 192-196.  

Výsledok 3: Rozpoznávanie prekrytých obrazových objektov pomocou metód lokalizovanej nezápornej faktorizácie matíc

Projekty: VEGA 2/0019/10 (Ústav merania SAV)

Riešitelia: I. Bajla, S. Štolc

V oblasti efektívnej reprezentácie obrazových dát s využitím vektorových podpriestorov sa v poslednom období do popredia záujmu komunity počítačového videnia dostali metódy nezápornej maticovej faktorizácie (nonnegative matrix factorization - NMF). V našom výskume sme analyzovali metodológiu NMF z hľadiska proklamovaného princípu reprezentácie obrazu po častiach (part- based representation) aplikovanú na úlohy rozpoznávania obrazových objektov. Navrhli sme novú metódu „modulárnej" NMF, ktorá zachováva podmienky riedkosti (sparsity) vektorov a zároveň poskytuje pre NMF podpriestory také vektorové bázy, ktoré priamo korešpondujú častiam obrazu. Uskutočnili sme komparatívne počítačové testy s cieľom porovnať výkonnosť známych NMF algoritmov v úlohe rozpoznávania objektov v obraze s novým prístupom i v komplexných prípadoch prekrytia objektov. Využili sme pritom dve verejne prístupné databázy ľudských tvárí, ORL a YALE, ktoré bolo potrebné geometricky normalizovať. Navrhli sme tiež alternatívne spôsoby zavedenia oklúzií v testovacích obrazoch. Porovnanie výsledkov rozpoznávania potvrdilo jednoznačný prínos navrhnutej metódy (vyššie hodnoty presnosti klasifikácie) pre normalizované údaje na obrazoch tvárí s prekrytím.

Zahraničný partner:Austrian Institute of Technology GmbH, Seibersdorf, Rakúsko

 

Obr.1. Ilustrácia úlohy NMF v 2D priestore: A, B - trénovacie množiny, (w1, w2) - NMF podpriestor príslušný daným množinám, HA, HB - projekcie prvkov trénovacích množín na podpriestor implicitne daný maticou H v algoritme NMF (V = H .W).

Publikácie:

• BAJLA, I. - SOUKUP, D. - ŠTOLC, S.: Object recognition. Chapter 6 (s.83-106): "Occluded image object recognition using localized nonnegative matrix factorization methods", Tam Phuong Cao, InTech open access publisher, Rijeka, 2011, 350 s. Vedecká monografia.
• SOUKUP, D. - BAJLA, I.: Robust object recognition under partial occlusions using NMF. Computational Intelligence and Neuroscience, 2008, Article ID 857453, 14 s, 2008, doi: 10.1155/2008/857453. Recenzovaný časopis.
• BAJLA, I.- SOUKUP, D.: A modular non-negative matrix factorization for parts-based object recognition using subspace representation. In: SPIE Proceedings of the Int. Conference Electronic Imaging, San Jose, CA, USA, január 2008, (eds): Kurt S.Niel, and David Fofi, SPIE Vol. 6813, 68130C-1, 9 s. Recenzovaný zborník.