|
|
Improvement of the Biomedical Image Reconstruction Methodology Based on Impedance Tomography
Kořínková, Ksenia ; Bartušek, Karel (oponent) ; Bachorec, Tibor (oponent) ; Dědková, Jarmila (vedoucí práce)
The present theoretical thesis discusses the improvement and related research of algorithms for the imaging of the internal structure of conductive objects, biological tissues and organs in particular, via electrical impedance tomography (EIT). Within the thesis, the theoretical framework of EIT is formulated, together with a survey of approaches towards implementing the given technique. More concretely, in this context, algorithms for the solution of the inverse problem are proposed and researched; these algorithms ensure effective reconstruction of the spatial distribution of the electrical properties of the examined object and facilitate the imaging of such properties. The main idea of the algorithm improvement based on the deterministic approach lies in introducing additional techniques, namely, the level set or the fuzzy filter methods. Furthermore, a procedure for the 2-D reconstruction of conductivity distribution utilizing one component of the measured magnetic field, or the z-component of magnetic flux density, is presented. Numerical models for imaging the admittivity (or conductivity) distribution of a biological tissue were created to facilitate the implementation and testing of the algorithms. The results obtained via the basic application of the improved image reconstruction algorithms are discussed and compared.
|
|
|
Software for inverse heat transfer problems
Musil, Jiří ; Šnajdárek, Ladislav (oponent) ; Pospíšil, Jiří (vedoucí práce)
This thesis is focused on creating a software tool for the simulation of heat transfer, with the focus on the inverse problem. The first part describes the basic theory of inverse problems and heat transfer, as well as the derivation of a numerical solution of heat transfer equation, that is suitable for a computer simulation. The main part of the thesis deals with the design and implementation of the software solution itself. Apart from the computational engine, that is responsible for the simulation, also the graphical user interface (GUI) is created, that enables for convenient interaction with the computational engine. The last part serves as a presentation of achieved results and their comparison with the real experiment, as well as analyzing the influence of incoming parameters on the quality of the simulation.
|
|
|
Řešení inverzních úloh v oblasti výměníků hmoty a tepla
Kůdelová, Tereza ; Nechvátal, Luděk (oponent) ; Čermák, Jan (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá dynamickým chováním výměníků tepla, které je popsáno systémem diferenciálních rovnic. V této souvislosti obsahuje obecné informace o přenosu tepla, výměnících tepla a jejich uspořádání. Hlavním cílem této práce je řešení inverzní úlohy protiproudého uspořádání a diskuze otázky řiditelnosti, pozorovatelnosti a identifikovatelnosti jeho parametrů.
|
|
|
Návrh experimentu pro řešení inverzní úlohy vedení tepla
Horák, Aleš ; Pavliska,, Martin (oponent) ; Štětina, Josef (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
V této práci je komplexně studována inverzní úloha vedení tepla s důrazem na optimální návrh experimentu. V technické praxi se vyskytuje mnoho aplikací, v nichž jsou nebo mohou být inverzní úlohy použity. Jedná se především o metalurgické procesy v průmyslu jako je chlazení při kontinuálním odlévání ocelí, hydraulické odkujování či válcování za tepla. Inverzní úlohy se obecně využívají ke zjišťování okrajových podmínek diferenciálních rovnic a ve výše zmíněné problematice slouží ke stanovování součinitele přestupu tepla (HTC – Heat transfer coefficient). Znalost přibližného numerického řešení přesné hodnoty okrajové podmínky je v dnešní době pro mnoho aplikací klíčové, např. umožňuje navrhnout vhodné chlazení válcovacích stolic s důrazem na požadované vlastnosti a kvalitu finálního produktu. V práci je pro řešení inverzní úlohy použit Beckův sekvenční algoritmus v kombinaci s optimalizačními metodami na vybrané problémy z výše zmíněných oblastí. Vzhledem ke specifickým požadavkům a vysokým nárokům na přesnost měření bylo v rámci této práce navrženo a postaveno speciální experimentální zařízení pro zjišťování intenzity přenosu tepla. Experimentální zařízení bylo vybaveno čtyřmi typy různých teplotních senzorů, jež slouží v Laboratoři přenosu tepla a proudění (LPTaP) na různých již existujících experimentálních zařízeních. První typ senzoru slouží k provádění experimentů simulujících chlazení při kontinuálním lití. Druhý senzor je určen pro experimenty spojené s chlazením válcovací stolice a třetí senzor pak pro chlazení rychle se pohybujícího válcovaného tělesa. Poslední senzor je upravenou verzí prvního typu, ovšem s termočlánkem umístěným rovnoběžně s chlazeným povrchem. V experimentální části byla provedena série měření pro zjištění HTC pro různé typy chladiv, chladících směsí a ostřikových parametrů. Zjištěné výsledky, které byly porovnány s dostupnými publikacemi, výrazně rozšiřují znalosti o účinnosti běžně používaných průmyslových chladiv. V druhé časti této práce byly prováděny numerické simulace chování senzorů. Konkrétně byly připraveny detailní modely uvažující jejich vnitřní geometrickou strukturu a rozdílné materiálové vlastnosti. Simulace byly prováděny s dlouhým a krátkým časovým pulzem HTC, dále pak s vlivem šumu v datech a sníženou přesností měřícího termočlánku. Cílem této práce byl optimální návrh experimentu pro řešení inverzní úlohy vedení tepla, jehož výstupem jsou účinnosti chlazení (tzn. zjistit velikost HTC). Experimenty zahrnovaly širokou škálu chladiv (voda, olej, emulze, atd.) v závislosti na celé řadě parametrů (např. tlak, průtok chladiva). Důležitým parametrem byla též koncentrace rozpuštěných olejů v chladící emulzi. Druhým cílem bylo podrobné vyhodnocení výše popsaných senzorů, jejich přesnosti a použitelnosti při praktických experimentech.
|
|
|
Heuristické algoritmy pro optimalizaci
Komínek, Jan ; Šeda, Miloš (oponent) ; Roupec, Jan (vedoucí práce)
Diplomová práce se věnuje genetickým algoritmům a zkoumání jejich vlastností. Zvláštní důraz je kladen na posouzení vlivu mutace a velikosti populace. V druhé části práce jsou genetické algoritmy aplikovány na problematiky inverzních úloh vedení tepla. K jejich řešení bylo vyzkoušeno více různých přístupů a způsobů kódování. Vlastnosti genetických algoritmů pro tyto úlohy byly zlepšeny dvěma zcela novými genetickými operátory – manipulace a seřazení. Zjištěné teoretické poznatky byly odzkoušeny na reálné inverzní úloze vedení tepla. V rámci práce byla vytvořena knihovna pro snadnou implementaci GA pro řešení obecných optimalizačních úloh v jazyce C++.
|
|
|
Nové typy a principy optimalizace digitálního zpracování obrazů v EIT
Kříž, Tomáš ; Koňas, Petr (oponent) ; Král, Bohumil (oponent) ; Dědková, Jarmila (vedoucí práce)
Tato dizertační práce se zabývá vytvořením nového algoritmu pro rekonstrukci impedančních obrazů v pozorovaných objektech. Nový algoritmus odstraňuje nedostatky s prostorovým rozlišením u předchozích metod rekonstrukce. Algoritmus využívá částečnou znalost uspořádání v pozorovaných objektech a jejich materiálové složení. Je konstruován pro rozpoznávání určitých důležitých oblastí zájmu, jako jsou defekty v materiálech nebo přítomnost krevních sraženin nebo nádorů v biologických obrazech. Proces rekonstrukce je rozdělen do dvou částí. V první části je zaměřen na průmyslové obrazy, kde jsou detekovány defekty ve vodivých materiálech. Druhá část je zaměřena na využití v biomedicíně. Je zde popsán numerický model, na kterém byl algoritmus testován. Testování bylo zaměřeno na hodnotu výsledné impedivity, vlivu regularizačního parametru, počáteční hodnotě impedivity numerického modelu a vlivu šumu na napěťových elektrodách na výsledky rekonstrukce. Dále je v dizertační práci diskutována možnost rekonstrukce impedančních obrazů z hodnot složek indukce magnetického pole měřené vně zkoumaného objektu. Toto magnetické pole je vytvořeno průchodem proudu pozorovaným objektem. Vytvořený algoritmus rekonstrukce impedančních obrazů vychází z navrženého algoritmu pro rekonstrukci EIT impedančních obrazů z napětí. Byly provedeny testy algoritmu na jeho stabilitu, vliv regularizačního parametru a počáteční konduktivitu. V práci je popsána metodika měření magnetického pole nukleární magnetickou rezonancí a zpracování změřených dat.
|
|
|
DEEP LEARNING FOR SINGLE-VOXEL AND MULTIDIMENSIONAL MR-SPECTROSCOPIC SIGNAL QUANTIFICATION, AND ITS COMPARISON WITH NONLINEAR LEAST-SQUARES FITTING
Shamaei, Amir Mohammad ; Latta,, Peter (oponent) ; Kozubek, Michal (oponent) ; Jiřík, Radovan (vedoucí práce)
Preprocessing, analysis, and quantification of Magnetic resonance spectroscopy (MRS) signals are required for obtaining the metabolite concentrations of the tissue under investigation. However, a fast, accurate, and efficient post-acquisition workflow (preprocessing, analysis, and quantification) of MRS is challenging. This thesis introduces novel deep learning (DL)-based approaches for preprocessing, analysis, and quantification of MRS data. The proposed methods achieved the objectives of robust data preprocessing, fast and efficient MR spectra quantification, in-vivo concentration quantification, and the uncertainty estimation of quantification. The results showed that the proposed approaches significantly improved the speed of MRS signal preprocessing and quantification in a self-supervised manner. Our proposed methods showed comparable results with the traditional methods in terms of accuracy. Furthermore, a standard data format was introduced to facilitate data sharing among research groups for artificial intelligence applications. The findings of this study suggest that the proposed DL-based approaches have the potential to improve the accuracy and efficiency of MRS for medical diagnosis. The dissertation is structured into four parts: an introduction, a review of state-of-the-art research, a summary of the aims and objectives, and a collection of publications that showcase the author's contribution to the field of DL applications in MRS.
|
|
|
Solution of inverse problem for a flow around an airfoil
Šimák, Jan ; Feistauer, Miloslav (vedoucí práce) ; Felcman, Jiří (oponent) ; Sváček, Petr (oponent)
Název práce: Řešení inverzní úlohy obtékání leteckého profilu Autor: Mgr. Jan Šimák Katedra: Katedra numerické matematiky Vedoucí disertační práce: prof. RNDr. Miloslav Feistauer, DrSc., dr. h. c., Katedra numerické matematiky MFF UK Abstrakt: Metoda popsaná v této práci se zabývá řešením inverzní úlohy obtékání le- teckého profilu. Slouží k návrhu tvaru profilu na základě zadaného rozložení rychlosti či tlaku po délce tětivy. Metoda je založena na hledání pevného bodu operátoru, který kombinuje přibližný inverzní a přímý operátor. Přibližný inverzní operátor, odvozený na základě teorie tenkých profilů, přiřazuje k zadanému rozložení příslušný tvar. Výsledný tvar je pak konstruován pomocí střední čáry a tloušťkové funkce. Přímý operátor před- stavuje určení rozložení rychlosti či tlaku na povrchu profilu. Lze využít rychlý, zjedno- dušený model potenciálního proudění řešeného pomocí Fredholmovy integrální rovnice, případně pomalejší, ale přesnější model RANS rovnic s k-omega modelem turbulence. Metoda je určena pro subsonické proudění.
|
|
|
Demosaicing as an ill-posed inverse problem
Mariničová, Veronika ; Šroubek, Filip (vedoucí práce) ; Hnětynková, Iveta (oponent)
Digitální fotoaparáty snímají barvu scény pouze částečně. Konkrétně je pro každý pixel naměřena jen jedna ze tří barevných komponent - červená, modrá, nebo zelená. Chybějící barevné komponenty musejí být odhadnuty. Tomuto procesu se říká Bayerova interpolace. Bayerova interpolace může být řešena samostatně jako jeden krok procesu restaurace obrazu. V tomto případě se může stát, že jakékoliv artefakty a chyby ve výpočtu se přenesou do dalšího kroku a mohou být v důsledku toho zvýrazněny. Druhou možností je pokusit se vyřešit několik degradací najednou. V tomto případě nežádoucí efekt přenášení chyby nenastává. V této práci popisujeme jedno konkrétní sdružené řešení, které vedle Bayerovy interpolace řeší i odstranění šumu, dekonvoluci a zvýšení rozlišení formou konvexního optimalizačního problému. Shrnujeme používané metody pro Bayerovu interpolaci a porovnáváme výsledky našeho řešení s několika vybranými metodami.
|
|
|
Software for inverse heat transfer problems
Musil, Jiří ; Šnajdárek, Ladislav (oponent) ; Pospíšil, Jiří (vedoucí práce)
This thesis is focused on creating a software tool for the simulation of heat transfer, with the focus on the inverse problem. The first part describes the basic theory of inverse problems and heat transfer, as well as the derivation of a numerical solution of heat transfer equation, that is suitable for a computer simulation. The main part of the thesis deals with the design and implementation of the software solution itself. Apart from the computational engine, that is responsible for the simulation, also the graphical user interface (GUI) is created, that enables for convenient interaction with the computational engine. The last part serves as a presentation of achieved results and their comparison with the real experiment, as well as analyzing the influence of incoming parameters on the quality of the simulation.
|
host ::
RSS.