Proyectos de investigación del Laboratorio de Análisis de Imágenes y Visualización (LAIV)

Donde se pueden incorporar tesistas principalmente de:

Se indica el máximo posible de tesistas por proyecto. 
Responsable de los proyectos: Dr. Jorge A. Márquez Flores
Coordinador del Laboratorio de Análisis de Imágenes y Visualización (LAIV),
CCADET-UNAM   tel. 
56 22 86 02 ext 1130 jorge.marquez@ccadet.unam.mx
http://www.academicos.ccadet.unam.mx/jorge.marquez/  

 

1. Cálculo de Dimensiones Fraccionarias de la Corteza Cerebral. (1 tesista). 

A través de una colaboración con el Instituto de Neurobiología (UNAM-Juriquilla), con el Dr. Fernando Barrios, contamos en el Laboratorio de Análisis de Imagenes y Visualizacion (LAIV) con volúmenes de resonancia magnética del cerebro de sujetos adultos e infantes (tanto normales, como control, y otros con alguna condición de interés). La corteza cerebral presenta el fenómeno de auto similitud y la medición de su área superficial depende de la escala a la cual se representa la corteza. Por ello se puede modelar como un objeto fractal. Proponemos medir la dimensión fraccionaria de la corteza, por al menos dos métodos que toman en cuenta diferentes representaciones discretas del volumen y de la superficie del cerebro, a partir de imágenes 3D de alta resolución. Para tal estudio el tesista contará con diversos programas de procesamiento, análisis de formas y visualización. También se le proporcionará la formación necesaria en los temas de neuro-imágenes y fractales. En función del avance, se podrían estudiar las diferencias de la dimensión fraccionaria por género, edad y hasta condición patológica. 

 

2. Morfometría Comparativa en Volúmenes de la Corteza Cerebral y su Aplicación a la Extracción de Modelos Representativos. (hasta 2 tesistas).

A través de una colaboración con el Instituto de Neurobiología (UNAM-Juriquilla), con el Dr. Fernando Barrios, contamos en el Laboratorio de Análisis de Imagenes y Visualizacion (LAIV) con volúmenes de resonancia magnética del cerebro de adultos e infantes (tanto normales, como control, y otros con alguna condición de interés). En el análisis de rasgos de la corteza cerebral (circunvoluciones) existen diferencias importantes en las variaciones inter-individuos. Proponemos como tema de tesis estudiar cómo afectan estas diferencias la obtención de modelos representativos, concretamente: penalizando componentes de los promedios mediante medidas de la variabilidad en los rasgos, y contar así con referencias adecuadas para la morfometría comparativa de los rasgos de la corteza cerebral, en un enfoque iterativo (dado que el atlas cerebral adaptivo dependerá de mediciones de rasgos y viceversa). Para tal estudio el tesista contará con diversos programas de procesamiento, análisis de formas y visualización. También se le proporcionará la formación necesaria en los temas de neuro-imágenes y morfometría.

 

3. Modelado y Simulación de Movimientos Peristálticos en el Sistema Gastrointestinal Alto (1 tesista).

Este es un subproyecto de Numerical Analysis of Peristaltic Flow through the Esophagus in Dysphagic Patients, una colaboración con la farmacéutica Fresenius-Kabi en Suiza, para el estudio y tratamiento de la disfagia. Nuestra contribución en 2011 es la elaboración de modelos simplificados del esófago, en los que el Instituto de Ingeniería empezó a realizar simulaciones de flujo, mediante volumen finito, a validar en una primera etapa en Suiza, a fines de 2012. Proponemos considerar la dinámica del esófago por separado (estado colapsado, movimientos peristálticos y de deglución), para incorporarla a las simulaciones en una 2a. etapa, permitiendo a un tesista de Física Médica realizar su contribución en un plazo aproximado de dos años. Esta contribución consiste en aplicar y adaptar programas desarrollados en el LAIV, para estudiar deformaciones no lineales del esófago, guiándose por videofluoroscopias proporcionados por Fresenius-Kabi y el Hospital General. Para tal estudio el tesista contará con diversos programas de procesamiento, análisis de formas y visualización, así como la versión actual del modelo y de navegación guiada. También se le proporcionará la formación necesaria en los temas de imágenes y graficación .

 

4. Análisis de Imágenes de Superresolución en Microscopia Optica y Aplicaciones en Biología Celular (1 tesista)

Hemos desarrollado un sistema para microscopía óptica que genera imágenes en superresolución. Como parte de colaboraciones anteriores, realizaremos aplicaciones de la superresolución en Biología Celular, colaborando principalmente con el Instituto de Investigaciones Biomédicas, con las doctoras María Eugenia Gonsebatt y Patricia Ostrosky. Proponemos como tema de tesis aplicar procesamiento de imágenes y reconocimiento de patrones, considerando información antes inaccesible bajo resolución ordinaria. Una de las aplicaciones a desarrollar, propuesto por las doctoras mencionadas, es el análisis cuantitativo de los detalles de conectividad de los micronúcleos celulares, que son usados como medida de daño en el núcleo celular. Otra, es la morfometría de cromosomas durante la mitosis, que en resolución normal resulta sub-muestreada. Otras aplicaciones podrían definirse, de acuerdo a los intereses del IIB y del Instituto de Biotecnología, o con grupos de la Facultad de Medicina y la de Ciencias, con quienes hemos también colaborado en los temas mencionados. El tesista contará con programas de procesamiento, análisis y visualización, así como formación en los tópicos de procesamiento de imágenes, microscopia y sobre el tema de biología elegido para la aplicación.

 

5. Adquisición y Construcción de Modelos Craneofaciales (hasta 2 tesistas)

Contamos en el CCADET con equipo de última generación para adquisición digital de superficies, y para la manufactura, en materiales termoplásticos, de modelos digitales. Estamos combinado ambas tecnologías para mejorar la digitalización de formas complejas, en particular con problemas de auto-oclusión, como la oreja humana. También podemos obtener volúmenes de resonancia magnética (MRI) de cabezas completas, a través de otras colaboraciones (ver proyectos anteriores). Por otra parte, contamos con experiencia en construir y analizar modelos craneofaciales. La propuesta de tesis consiste en la adquisición de la superficie de cabezas humanas completas, optimizando el protocolo mediante maniquíes (phantoms) elaborados en materiales termoplásticos, a partir de modelos existentes en el LAIV, así como la comparación con reconstrucciones usando MRI. Las aplicaciones antropomórficas y médicas incluyen: caracterizar deformaciones craneofaciales (en este caso dentro de una colaboración con el Instituto de Psiquiatría), estudio de rasgos, obtener promedios morfológicos, modelar y simular expresiones faciales (en este caso, dentro de una colaboración con la Universidad de Auckland), etc. Proponemos desarrollar al menos una de estas aplicaciones. El o los tesistas contarán con programas de procesamiento, análisis y visualización, así como formación en los tópicos de procesamiento de imágenes, morfometría, uso del scanner y antropometría.

 

6. Captura de Rasgos Anatómicos Mediante Picking Interactivo (hasta 2 tesistas)

El objetivo de este trabajo es realizar la adquisición de líneas de cresta y puntos de referencia en modelos tridimensionales de estructuras anatómicas, principalmente los rasgos antropométricos de modelos computacionales de cabezas humanas (por ejemplo las comisuras de los labios o los bordes de las orejas), el otro ejemplo (que podría dar lugar a una segunda tesis) es la captura de las líneas de cresta que alternan con surcos en la superfice de modelos del cerebro humano. En cualquiera de los caso anteriores se pretende formar bases de datos para análisis comparativo, referencias fiduciarias para registro geométrico y caracterización poblacional de las estructuras anatómicas en cuestión. Se cuenta con una primera versión funcional del programa de captura interactiva que funciona seleccionando con el cursor el punto o curva de interés, vértice por vértice La propuesta consiste en refinar el program, sus funcionalidades y realizar la captura de rasgos en al menos 20 cabezas y/o cerebros, realizar comparaciones, promedios poblacionales y visualizar por ejemplo los rasgos de una cabeza en cmparación con otra. Se realizará así un análisis estadístico entre sujetos y respecto a diversos promedios posibles. El o los tesistas contarán con programas de procesamiento, análisis y visualización, así como formación en los tópicos de procesamiento de imágenes, graficación, antropometría craneofacial y/o anatomía neurocortical.

 

7. Análisis y Caracterización de la Textura, la Morfología y el Color en Obras de Arte de Distintos Períodos y Artistas. (hasta 3 tesistas)

Se propone estudiar, mediante diversas técnicas de análisis y procesamiento de imágenes, tres aspectos fundamentales en imágenes digitales de pinturas contemporáneas: las texturas, las formas y la distribución de los colores en los espacios de color RGB y HSV. De cada aspecto se seleccionarán y extraerán parámetros descriptivos, y sus características estadísticas permitirán, en principio, caracterizar en espacios de parámetros un estilo, un artista y posiblemente un período, de modo que sea posible identificarlos mediante los rasgos particulares de dichos parámetros. Para dicha caracterización, clasificación e identificación, se utilizarán técnicas de reconocimiento de patrones, tales como el análisis de componentes principales, y de ser posible técnicas modernas de PARAFACS y Multiway. El estudio en espacios de color requerirá el uso de herramientas de reconstrucción y visualización 3D. Para tal estudio el tesista contará con diversos programas de procesamiento, análisis de formas y visualización. También se le proporcionará la formación necesaria en los temas de imágenes y apreciación de obras de arte (aparte de su doctorado, el tutor siguió por cinco años cursos en la Ecole Supérieure de Beaux Arts de Paris).

 

8. Simulación Montecarlo de Procesos de Deposición Amorfa en 2d y 3D para el Estudio y Caracterización de Rugosidad, Estructuras Porosas, Mezcla y Segregación de Especies y Fenómenos de Percolación. (hasta 6 tesistas, en tres tesis diferentes)

En diferentes aplicaciones de Ciencias del Suelo, Nanotecnología y Películas Delgadas, se tienen muestras o simulaciones de procesos en los que aparecen estructuras con diversas características complejas: rugosidad superficial, poros simples y complejos, redes porosas, grados de mezcla y segregación de especies agregadas, percolación, etc. Los agregados moleculares, de nano-partículas o macro-partículas pueden resultar fractales o presentar macro-organización, tales como columnas, meandros, surcos complejos o texturas superficiales, en función de los parámetros del proceso. Diversos modelos de estas estructuras usan por ejemplo el paradigma de la Difusión Limitada Agregada. Se cuenta en el LAIV con programas que simulan, mediante técnicas de Montecarlo, en 2D y 3D versiones elementales de los procesos de agregación amorfa y se propone extender dichos programas para incorporar fenómenos físicos tales como la dinámica de absorción, difusión y relajación, interacciones superficiales de las partículas agregadas, y caracterizar estructuras del agregado mediante un análisis de los parámetros de la simulación. Se pretende además retomar herramientas de análisis morfológico, cálculos de densidad superficial, descriptores texturales y estimaciones de dimensión fractal para analizar depósitos amorfos y redes porosas reales, usando las simulaciones como método de validación. Para tal estudio el tesista contará con diversos programas de procesamiento, análisis de formas y visualización. También se le proporcionará la formación necesaria en los temas de imágenes en 2D y 3D y simulación de Montecarlo.

 

9. Síntesis y Modelado de Objetos Fractales Embebidos en 4D. (Hasta 2 tesistas)

En el estudio de estructuras complejas, a partir de imágenes digitales adquiridas con diferentes técnicas (MRI, CT, cortes transversales, etc), es frecuente poder analizar el grado de autosimilitud de tales estructuras; tal característica se cuantifica mediante la dimensión fractal de dicho objeto. Existen sin embargo diferentes definiciones de tal medida, y esta depende de la representación computacional de dicho objeto. Para poder reducir tal dependencia conviene "calibrar" tal medición sobre objetos sintéticos (creados en la computadora) cuya dimensión fractal es conocida previamente. En este proyecto se plantea estudiar los diferentes objetos fractales que pueden generarse, embebidos en dos, tres y cuatro dimensiones, y que poseen ya sea medidas de dimensión fractal prescritas, exactas y deterministas, o bien, medidas de dimensión fractal estadística (fractales con algún grado de aleatoriedad). Tales objetos sintéticos podrán servir además como modelos aproximados de estructuras naturales, tales como árboles botánicos, frentes de difusión, redes de vasos sanguíneos, la corteza cerebral, agregados de partículas, redes porosas, etc. La razón de inlcuir la 4a. dimensión es porque ciertos modelos de fractales como sistemas dinámicos extienden la formulación de polinomio en variable compleja al espacio de cuaternios, que es tetradimensional, pero cuyos "cortes" tridimensionales son los que ofrecen un interés práctico. Para este proyecto el tesista contará con diversos programas de procesamiento, análisis de formas y visualización. También se le proporcionará la formación necesaria en los temas de imágenes, graficación, fractales y simulación de Montecarlo.

 

10. Estudio y Caracterización de Variaciones Morfológicas en la Superficie Cortical del Cerebro Humano Mediante Modelización Geodésica. (Hasta 2 tesistas)

El objetivo es modelar deformaciones no-lineales de rasgos corticales (circunvoluciones) en un sistema de coordenadas alineado a las direcciones tangentes de la envolvente convexa de la superficie cortical (semejante a un elipsoide de tres ejes diferentes). Se propone aplicar nociones de geometría diferencial y de transformaciones entre sistemas de coordenadas curvilíneos. La razón de modelar deformaciones en tal sistema coordenado es que la forma del cerebro humano no cambia de manera importante en la dirección normal, pero las circonvoluciones cerebrales (surcos y lóbulos) presentan variaciones que es posible modelar como un desplazamiento a lo largo de la superficie de la corteza cerebral (e inclusive, en la materia blanca). La idea, dados varios cerebros, es hallar deformaciones características y poder realizar un registro deformable, no-lineal, entre dos cerebros dados. Con campos de deformación característicos, se pueden identificar, por ejemplo, cerebros de sujetos que se alejan de la población de muestra, dado que las deformaciones se alejan del promedio poblacional. De aquí que sea posible caracterizar condiciones patológicas o morfogénicas. Para tal estudio el tesista contará con diversos programas de procesamiento, análisis de formas y visualización. También se le proporcionará la formación necesaria en los temas de neuro-imágenes y modelos de deformación no lineal.

 

11. Estudio Comparativo y Evaluación de Métodos de Registro Adaptivo y No lineal. Casos de estudio: Modelos de Cabezas y Cerebros Humanos.

(Continuación + extensión tesis(s) de Waldo Ramírez y Loïc Boyer + Talaraich: deformación sigmoide separable )

 

12. Análisis y Visualización Científica de Similitudes y Errores Morfológicos.

(Continuación + extensión tesis(s) de José Luis Domínguez)

 

13. Interpolación de Campos de Deformación a partir de Pares Fiduciarios Correspondientes y sus Vecindades de Voronoi

 

14. Visualización y Navegación por Realidad Aumentada de la Anatomía Humana

  (proyecto Ixtli - pendiente)

15. Reconsttrucción, Análisis y Visualización de la Arteria Pulmonar y la Vena Pulmonar del VHP.

(Retomar de tesis doctoral - nuevos datos VHP alta resolución)