Full-Body MRI in Patients With an Implantable Cardioverter-Defibrillator: Primary Results of a Randomized Study.

BACKGROUND: Magnetic resonance imaging (MRI) of patients with conventional implantable cardioverter-defibrillators (ICD) is contraindicated. OBJECTIVES: This multicenter, randomized trial evaluated safety and efficacy of a novel ICD system specially designed for full-body MRI without restrictions on heart rate or pacing dependency. The primary safety objective was >90% freedom from MRI-related events composite endpoint within 30 days post-MRI. The primary efficacy endpoints were ventricular pacing capture threshold and ventricular sensing amplitude. METHODS: Subjects received either a single- or dual-chamber ICD. In a 2:1 randomization, subjects either underwent MRI at 1.5-T of the chest, cervical, and head regions to maximize radiofrequency exposure up to 2 W/kg specific absorption rate and gradient field exposure to 200 T/m/s per axis (MRI group, n = 175), or they underwent a 1-h waiting period without MRI (control group, n = 88). A subset of MRI patients underwent ventricular fibrillation induction testing post-MRI to characterize defibrillation function. RESULTS: In 42 centers, 275 patients were enrolled (76% male, age 60.4 ± 13.8 years). The safety endpoint was met with 100% freedom from the composite endpoint (p < 0.0001). Both efficacy endpoints were met with minimal differences in the proportion of MRI and control patients who demonstrated a ≤0.5 V increase in ventricular pacing capture threshold (100% MRI vs. 98.8% control, noninferiority p < 0.0001) or a ≤50% decrease in R-wave amplitude (99.3% MRI vs. 98.8% control, noninferiority p = 0.0001). A total of 34 ventricular tachyarrhythmia/ventricular fibrillation episodes (20 induced; 14 spontaneous) occurred in 24 subjects post-MRI, with no observed effect on sensing, detection, or treatment. CONCLUSIONS: This is the first randomized clinical study of an ICD system designed for full-body MRI at 1.5-T. These data support that the system is safe and the MRI scan does not adversely affect electrical performance or efficacy. (Confirmatory Clinical Trial of the Evera MRI System for Conditionally-Safe MRI Access; NCT02117414).

Melt topology and chemistry during partial melting in contact aureoles : an experimental study and field example

This study was initiated to investigate partial melting within the high-grade metamorphic rocks beneath the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA), in order to understand the melt generation, melt migration, and geometry of initial melt distribution on grain scale during crustal anatexis. The emplacement of the Little Cottonwood stock produced a contact aureole in the pelitic host rocks of the Big Cottonwood formation (BC). Metamorphic isogrades in pelitic rocks range form biotite to 2nd sillimanite grade as a function of distance from the contact. Migmatites are restricted to the highest grade and resulted form partial melting of the BC formation rocks. First melt was produced by a combined muscovite/biotite dehydration reaction in the sillimanite + k-feldspar stability field. Melt extraction from the pelites resulted in restites (magnetite + cordierite + alumosilicate ± biotite) surrounded by feldspar enriched quartzite zones. This texture is the result of gradual infiltration of partial melts into the quartzite. Larger, discrete melt accumulation occurred in extensional or transpressional domains such as boudin necks, veins, and ductile shear zones. Melt composition are Si02- rich, crystallized as pegmatites, and apparently were very mobile. They were able to infiltrate the quartzite pervaisivly. These melts are similar in composition to first melts produced in the hydrothermal partial melt experiments at 2kbar between 700 - 800°C on fine grained high metamorphic rocks (andalusite-cordierited-biotite-zone) of the BC formation. The experimental melts are water rich and in disequilibrium with the melting rock. Initial melt composition is heterogeneous for short run duration, reflective a lack of chemical equilibrium between individual melt pools. Rock core scale heterogeneity decreased with time indicating partial homogenization of melt compositions. A simultaneous shift of melt composition to higher silica content with time was observed. The silica content of the melt increased due to local melt/mineral reactions. Melt textures indicate that reactive melt transport is most efficient along grain boundaries rimmed by dissimilar grains. Melt heterogeneity resulted in chemical potential gradients which are major driving forces for initial melt migration and govern melt distribution during initial melting. An additional subject of the thesis is the crystal size distributions of opaque minerals in a fine-grained, high-grade meta-pelite of the Big Cottonwood which were obtained from 3D X-ray tomography (uCT) and 2D thin section analysis. µCT delivers accurate size distributions within a restricted range (~ a factor of 20 in size in a single 3D image), while the absolute number of crystals is difficult to obtain from these sparsely distributed, small crystals on the basis of 2D images. Crystal size distributions obtained from both methods are otherwise similar. - Ce travail de recherche a été entrepris dans le but d'étudier les processus de fusion partielle dans les roches fortement métamorphiques de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA) et ceci afin de comprendre la génération de liquide de fusion, la migration de ces liquides et la géométrie de la distribution initiale des liquides de fusion à l'échelle du grain durant l'anatexie de la croûte. L'emplacement du petit massif intrusif de Little Cottonwood a produit une auréole de contact dans les roches pélitiques encaissantes appartenant à la Foimation du Big Cottonwood (BC). Les isogrades métamorphiques dans les roches pélitiques varient de l'isograde de la biotite à la deuxième isograde de la sillimanite en fonction de la distance par rapport au massif intrusif. Les migmatites sont restreintes aux zones montrant le plus haut degré métamorphique et résultent de la fusion partielle des roches de la Formation de BC. Le premier liquide de fusion a été produit par la réaction de déshydratation combinée de la muscovite et de la biotite dans le champ de stabilité du feldspath potassique Pt de la sillimanite. L'extraction du liquide de fusion des pélites forme des restites (magnétites + cordiérite + aluminosilicate ± biotite) entourées par des zones de quartzites enrichies en feldspath. Cette texture est le résultat de l'infiltration graduelle du liquide de fusion partielle dans les quartzites. Des accumulations distinctes et plus larges de liquide de fusion ont lieu dans des domaines d'extension ou de transpression tels que les boudins, les veines, et les zones de cisaillement ductile. La composition des liquides de fusion est similaire à celle des liquides pegmatoïdes, et ces liquides sont apparemment très mobiles et capables d'infiltrer les quartzites. Ces liquides de fusion ont la même composition que les premiers liquides produits dans les expériences hydrotheunales de fusion partielle à 2kbar et entre 700-800° C sur les roches finement grenues et hautement métamorphiques (andalousite-cordiérite-biotite zone) de la Formation de BC. Les liquides de fusion obtenus expérimentalement sont riches en eau et sont en déséquilibre avec la roche en fusion. La composition initiale des liquides de fusion est hétérogène pour les expériences de courte durée et reflète l'absence d'équilibre chimique entre les différentes zones d'accumulation des liquides de fusion. L'hétérogénéité à l'échelle du noyau s'estompe avec le temps et témoigne de l'homogénéisation de la composition des liquides de fusion. Par ailleurs, on observe parallèlement un décalage de la composition des liquides vers des compositions plus riches en silice au cours du temps. Le contenu en silice des liquides de fusion évolue vers un liquide pegmatitique en raison des réactions liquides/minéraux. Les textures des liquides de fusion indiquent que le transport des liquides est plus efficace le long des bordures de grains bordés par des grains différents. Aucun changement apparent du volume total n'est visible. L'hétérogénéité des liquides s'accompagne d'un gradient de potentiel chimique qui sert de moteur principal à la migration des liquides et à la distribution des liquides durant la fusion. Un sujet complémentaire de ce travail de thèse réside dans l'étude de la distribution de la taille des cristaux opaques dans les pélites finement grenues et fortement métamorphiques de la Formation de Big Cottonwood. Les distributions de taille ont été obtenues suite à l'analyse d'images 3D acquise par tomographie ainsi que par analyse de lames minces. La microtomographie par rayon X fournit une distribution de taille précise sur une marge restreinte (- un facteur de taille 20 dans une seule image 3D), alors que le nombre absolu de cristaux est difficile à obtenir sur la base d'image 2D en raison de la petite taille et de la faible abondance de ces cristaux. Les distributions de taille obtenues par les deux méthodes sont sinon similaire. Abstact: Chemical differentiation of the primitive Earth was due to melting and separation of melts. Today, melt generation and emplacement is still the dominant process for the growth of the crust. Most granite formation is due to partial melting of the lower crust, followed by transport of magma through the crust to the shallow crust where it is emplaced. Partial melting and melt segregation are essential steps before such a granitic magma can ascent through the crust. The chemistry and physics of partial melting and segregation is complex. Hence detailed studies, in which field observations yield critical information that can be compared to experimental observations, are crucial to the understanding of these fundamental processes that lead and are leading to the chemical stratification of the Earth. The research presented in this thesis is a combined field and experimental study of partial melting of high-grade meta-pelitic rocks of the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA). Contact metamorphic rocks are ideal for textural studies of melt generation, since the relatively short times of the metamorphic event prevents much of the recrystallization which plagues textural studies of lower crustal rocks. The purpose of the study is to characterize melt generation, identify melting reactions, and to constrain melt formation, segregation and migration mechanisms. In parallel an experimental study was undertaken to investigate melt in the high grade meta pelitic rocks, to confirm melt composition, and to compare textures of the partial molten rock cores in the absence of deformation. Results show that a pegmatoidal melt is produced by partial melting of the pelitic rocks. This melt is highly mobile. It is capable of pervasive infiltration of the adjacent quartzite. Infiltration results in rounded quartz grains bordered by a thin feldspar rim. Using computed micro X-ray tomography these melt networks can be imaged. The infiltrated melt leads to rheological weakening and to a decompaction of the solid quartzite. Such decompaction can explain the recent discovery of abundant xenocrysts in many magmas, since it favors the isolation of mineral grains. Pervasive infiltration is apparently strongly influenced by melt viscosity and melt-crystal wetting behavior, both of which depend on the water content of melt and the temperature. In all experiments the first melt is produced on grain boundaries, dominantly by the local minerals. Grain scale heterogeneity of a melting rock leads thus to chemical concentration gradients in the melt, which are the driving force for initial melt migration. Pervasive melt films along grain boundaries leading to an interconnected network are immediately established. The initial chemical heterogeneities in the melt diminish with time. Résumé large public: La différenciation chimique de la Terre primitive est la conséquence de la fusion des roches et de la séparation des liquides qui en résultent. Aujourd'hui, la production de liquide magmatique est toujours le mécanisme dominant pour la croissance de la croûte terrestre. Ainsi la formation de la plupart des granites est un processus qui implique la production de magma par fusion partielle de la croûte inférieure, la migration de ces magmas à travers la croûte et finalement son emplacement dans les niveaux superficielle de la croûte terrestre. Au cours de cette évolution, les processus de fusion partielle et de ségrégation sont des étapes indispensables à l'ascension des granites à travers la croûte. Les conditions physico-chimiques nécessaires à la fusion partielle et à l'extraction de ces liquides sont complexes. C'est pourquoi des études détaillées des processus de fusion partielle sont cruciales pour la compréhension de ces mécanismes fondamentaux responsables de la stratification chimique de la Terre. Parmi ces études, les observations de terrain apportent notamment des informations déterminantes qui peuvent être comparées aux données expérimentales. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse associe études de terrain et données expérimentales sur la fusion partielle des roches pélitiques de haut degré métamorphiques provenant de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA). Les roches du métamorphisme de contact sont idéales pour l'étude de la folination de liquide de fusion. En effet, la durée relativement courte de ce type d'événement métamorphique prévient en grande partie la recristallisation qui perturbe les études de texture des roches dans la croûte inférieure. Le but de cette étude est de caractériser la génération des liquides de fusion, d'identifier les réactions responsables de la fusion de ces roches et de contraindre la formation de ces liquides et leur mécanisme de ségrégation et de migration. Parallèlement, des travaux expérimentaux ont été entrepris pour reproduire la fusion partielle de ces roches en laboratoire. Cette étude a été effectuée dans le but de confirmer la composition chimique des liquides, et de comparer les textures obtenues en l'absence de déformation. Les résultats montrent qu'un liquide de fusion pegmatoïde est produit par fusion partielle des roches pélitiques. La grande mobilité de ce liquide permet une infiltration pénétrative dans les quarzites. Ces infiltrations se manifestent par des grains de quartz arrondis entourés par une fine bordure de feldspath. L'utilisation de la tomography à rayons X a permis d'obtenir des images de ce réseau de liquide de fusion. L'infiltration de liquide de fusion entraîne un affaiblissement de la rhéologie de la roche ainsi qu'une décompaction des quartzites massifs. Une telle décompaction peut expliquer la découverte récente d'abondants xénocristaux dans beaucoup de magmas, puisque elle favorise l'isolation des minéraux. L'infiltration pénétrative est apparemment fortement influencée par la viscosité du fluide de fusion et le comportement de la tension superficielle entre les cristaux et le liquide, les deux étant dépendant du contenu en eau dans le liquide de fusion et de la température. Dans toutes les expériences, le premier liquide est produit sur les bordures de grains, principalement par les minéraux locaux. L'hétérogénéité à l'échelle des grains d'une roche en fusion conduit donc à un gradient de concentration chimique dans le liquide, qui sert de moteur à l'initiation de la migration du liquide. Des fines couches de liquide de fusion le long de bordures de grains formant un réseau enchevêtré s'établit immédiatement. Les hétérogénéités chimiques initiales dans le liquide s'estompent avec le temps.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Cerebellar cortical layers: in vivo visualization with structural high-field-strength MR imaging.

Purpose: To perform in vivo imaging of the cerebellum with an in-plane resolution of 120 mm to observe its cortical granular and molecular layers by taking advantage of the high signal-to-noise ratio and the increased magnetic susceptibility-related contrast available at high magnetic field strength such as 7 T. Materials and Methods: The study was approved by the institutional review board, and all patients provided written consent. Three healthy persons (two men, one woman; mean age, 30 years; age range, 28-31 years) underwent MR imaging with a 7-T system. Gradient-echo images (repetition time msec/echo time msec, 1000/25) of the human cerebellum were acquired with a nominal in-plane resolution of approximately 120 mum and a section thickness of 1 mm. Results: Structures with dimensions as small as 240 mum, such as the granular and molecular layers in the cerebellar cortex, were detected in vivo. The detection of these structures was confirmed by comparing the contrast obtained on T2*-weighted and phase images with that obtained on images of rat cerebellum acquired at 14 T with 30 mum in-plane resolution. Conclusion: In vivo cerebellar imaging at near-microscopic resolution is feasible at 7 T. Such detailed observation of an anatomic area that can be affected by a number of neurologic and psychiatric diseases, such as stroke, tumors, autism, and schizophrenia, could potentially provide newer markers for diagnosis and follow-up in patients with such pathologic conditions. (c) RSNA, 2010.

Evaluating effects of spectral training data distribution on continuous field mapping performance

Continuous field mapping has to address two conflicting remote sensing requirements when collecting training data. On one hand, continuous field mapping trains fractional land cover and thus favours mixed training pixels. On the other hand, the spectral signature has to be preferably distinct and thus favours pure training pixels. The aim of this study was to evaluate the sensitivity of training data distribution along fractional and spectral gradients on the resulting mapping performance. We derived four continuous fields (tree, shrubherb, bare, water) from aerial photographs as response variables and processed corresponding spectral signatures from multitemporal Landsat 5 TM data as explanatory variables. Subsequent controlled experiments along fractional cover gradients were then based on generalised linear models. Resulting fractional and spectral distribution differed between single continuous fields, but could be satisfactorily trained and mapped. Pixels with fractional or without respective cover were much more critical than pure full cover pixels. Error distribution of continuous field models was non-uniform with respect to horizontal and vertical spatial distribution of target fields. We conclude that a sampling for continuous field training data should be based on extent and densities in the fractional and spectral, rather than the real spatial space. Consequently, adequate training plots are most probably not systematically distributed in the real spatial space, but cover the gradient and covariate structure of the fractional and spectral space well. (C) 2009 International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Inc. (ISPRS). Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Comparison of 3D segmented gradient-echo and steady-state free precession coronary MRI sequences in patients with coronary artery disease.

OBJECTIVE: Our objective was to compare two state-of-the-art coronary MRI (CMRI) sequences with regard to image quality and diagnostic accuracy for the detection of coronary artery disease (CAD). SUBJECTS AND METHODS: Twenty patients with known CAD were examined with a navigator-gated and corrected free-breathing 3D segmented gradient-echo (turbo field-echo) CMRI sequence and a steady-state free precession sequence (balanced turbo field-echo). CMRI was performed in a transverse plane for the left coronary artery and a double-oblique plane for the right coronary artery system. Subjective image quality (1- to 4-point scale, with 1 indicating excellent quality) and objective image quality parameters were independently determined for both sequences. Sensitivity, specificity, and accuracy for the detection of significant (> or = 50% diameter) coronary artery stenoses were determined as defined in invasive catheter X-ray coronary angiography. RESULTS: Subjective image quality was superior for the balanced turbo field-echo approach (1.8 +/- 0.9 vs 2.3 +/- 1.0 for turbo field-echo; p < 0.001). Vessel sharpness, signal-to-noise ratio, and contrast-to-noise ratio were all superior for the balanced turbo field-echo approach (p < 0.01 for signal-to-noise ratio and contrast-to-noise ratio). Of the 103 segments, 18% of turbo field-echo segments and 9% of balanced turbo field-echo segments had to be excluded from disease evaluation because of insufficient image quality. Sensitivity, specificity, and accuracy for the detection of significant coronary artery stenoses in the evaluated segments were 92%, 67%, 85%, respectively, for turbo field-echo and 82%, 82%, 81%, respectively, for balanced turbo field-echo. CONCLUSION: Balanced turbo field-echo offers improved image quality with significantly fewer nondiagnostic segments when compared with turbo field-echo. For the detection of CAD, both sequences showed comparable accuracy for the visualized segments.

Minimization of Nyquist ghosting for echo-planar imaging at ultra-high fields based on a "negative readout gradient" strategy.

PURPOSE: To improve the traditional Nyquist ghost correction approach in echo planar imaging (EPI) at high fields, via schemes based on the reversal of the EPI readout gradient polarity for every other volume throughout a functional magnetic resonance imaging (fMRI) acquisition train. MATERIALS AND METHODS: An EPI sequence in which the readout gradient was inverted every other volume was implemented on two ultrahigh-field systems. Phantom images and fMRI data were acquired to evaluate ghost intensities and the presence of false-positive blood oxygenation level-dependent (BOLD) signal with and without ghost correction. Three different algorithms for ghost correction of alternating readout EPI were compared. RESULTS: Irrespective of the chosen processing approach, ghosting was significantly reduced (up to 70% lower intensity) in both rat brain images acquired on a 9.4T animal scanner and human brain images acquired at 7T, resulting in a reduction of sources of false-positive activation in fMRI data. CONCLUSION: It is concluded that at high B(0) fields, substantial gains in Nyquist ghost correction of echo planar time series are possible by alternating the readout gradient every other volume.

The tectonically controlled emplacement of a vertically sheeted gabbro-pyroxenite intrusion: Feeder-zone of an ocean-island volcano (Fuerteventura, Canary Islands)

The Miocene PX1 gabbro-pyroxenite pluton, Fuerteventura, Canary Islands, is a 3.5 x 5.5 km shallow-level intrusion (0.15-0.2 GPa and 1100-1120 degrees C), interpreted as the feeder-zone to an ocean-island volcano. It displays a vertical magmatic banding expressed in five 50 to 100 metre-wide NNE-SSW trending alkaline gabbro sequences alternating with pyroxenites. This emplacement geometry was controlled by brittle to ductile shear zones, generated by a regional E-W extensional tectonic setting that affected Fuerteventura during the Miocene. At a smaller scale, the PX1 gabbro and pyroxenite bands consist of metre-thick differentiation units, which suggest emplacement by periodic injection of magma pulses as vertical dykes that amalgamated, similarly to a sub-volcanic sheeted dyke complex. Individual dykes underwent internal differentiation following a solidification front parallel to the dyke edges. This solidification front may have been favoured by a significant lateral/horizontal thermal gradient, expressed by the vertical banding in the gabbros, the fractionation asymmetry within individual dykes and the migmatisation of the wall rocks. Pyroxenitic layers result from the fractionation and accumulation of clinopyroxene +/- olivine +/- plagioclase crystals from a mildly alkaline basaltic liquid. They are interpreted as truncated differentiation sequences, from which residual melts were extracted at various stages of their chemical evolution by subsequent dyke intrusions, either next to or within the crystallising unit. Compaction and squeezing of the crystal mush is ascribed to the incoming and inflating magma pulses. The expelled interstitial liquid was likely collected and erupted along with the magma flowing through the newly injected dykes. Clinopyroxene mineral orientation - as evidenced by EBSD and micro X-ray tomography investigations - displays a marked pure-shear component, supporting the interpretation of the role of compaction in the generation of the pyroxenites. Conversely, gabbro sequences underwent minor melt extraction and are believed to represent crystallised coalesced magma batches emplaced at lower rates at the end of eruptive cycles. Clinopyroxene orientations in gabbros record a simple shear component suggesting syn-magmatic deformation parallel to observed NNE-SSW trending shear zones induced by the regional tensional stress field. This emplacement model implies a crystallisation time of 1 to 5 years for individual dykes, consistent with PX1 emplacement over less than 0.5 My. A minimum amount of approximately 150 km(3) of magma is needed to generate the pluton, part of it having been erupted through the Central Volcanic Centre of Fuerteventura. If the regional extensional tectonic regime controls the PX1 feeder-zone initiation and overall geometry, rates and volumes of magma depend on other, source-related factors. High injection rates are likely to induce intrusion growth rates larger than could be accommodated by the regional extension. In this case, dyke intrusion by propagation of a weak tip, combined with the inability of magma to circulate through previously emplaced and crystallised dykes could result in an increase of non-lithostatic pressure on previously emplaced mushy dyke walls; thus generating strong pure-shear compaction within the pluton feeder-zone and interstitial melt expulsion. These compaction-dominated processes are recorded by the cumulitic pyroxenite bands. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Handheld-assisted field data collection for occupational risk assessment.

A computerized handheld procedure is presented in this paper. It is intended as a database complementary tool, to enhance prospective risk analysis in the field of occupational health. The Pendragon forms software (version 3.2) has been used to implement acquisition procedures on Personal Digital Assistants (PDAs) and to transfer data to a computer in an MS-Access format. The data acquisition strategy proposed relies on the risk assessment method practiced at the Institute of Occupational Health Sciences (IST). It involves the use of a systematic hazard list and semi-quantitative risk assessment scales. A set of 7 modular forms has been developed to cover the basic need of field audits. Despite the minor drawbacks observed, the results obtained so far show that handhelds are adequate to support field risk assessment and follow-up activities. Further improvements must still be made in order to increase the tool effectiveness and field adequacy.

AFT3 as a new therapeutic target for skin field cancerization in antagonism with compromised Notch/CSL signaling

Les interactions épithélio-mésenchymateuses jouent un rôle important dans le contrôle du développement normal de la peau, son homéostasie et sa tumorigenèse. Les fibroblastes dermiques (DFs) représentent la catégorie cellulaire la plus abondante dans le stroma et leur rôle est de plus en plus considéré. En ce qui concerne particulièrement la tumorigenèse, des facteurs diffusibles produits par les fibroblastes entourant les tumeurs épithéliales, appelés 'fibroblastes associés au cancer (CAF)', interagissent au niveau de l'inflammation impliquée directement ou indirectement dans la signalisation paracrine, entre le stroma et les cellules épiéliales cancéreuses. Le risque de cancer de la peau augmente de façon exponentielle avec l'âge. Comme un lien probable entre les deux, la sénescence des fibroblastes résulte de la production du sécrétome favorisant la sénescence (SMS), un groupe de facteurs diffusibles induisant une stimulation paracrine de la croissance, l'inflammation et le remodelage de la matrice. De façon fort intéressante, l'induction de ces gènes est aussi une caractéristique des CAFs. Cependant, le lien entre les deux événements cellulaires sénescence et activation des CAFs reste en grande partie inexploré. L'ATF3 (Activating Transcription Factor 3) est un facteur de transcription induit en réponse au stress, dont les fonctions sont hautement spécifiques du type cellulaire. Bien qu'il ait été découvert dans notre laboratoire en tant que promoteur de tumeurs dans les kératinocytes, ses fonctions biologique et biochimique dans le derme n'ont pas encore été étudiées. Récemment, nous avons constaté que, chez la souris, l'abrogation de la voie de signalisation de Notch/CSL dans les DFs, induisait la formation de tumeurs kératinocytaires multifocales. Ces dernières proviennent de la cancérisation en domaine, un phénomène associé à une atrophie du stroma, des altérations de la matrice et de l'inflammation. D'autres études ont montré que CSL agissait comme un régulateur négatif de gènes impliqués dans sénescence des DFs et dans l'activation des CAFs. Ici, nous montrons que la suppression ou l'atténuation de l'expression de ATF3 dans les DFs induit la sénescence et l'expression des gènes liés aux CAFs, de façon similaire à celle déclenchée par la perte de CSL, tandis que la surexpression de ATF3 supprime ces changements. Nous émettons l'hypothèse que ATF3 joue un rôle suppresseur dans l'activation des CAFs et dans la progression des tumeurs kératinocytaires, en surmontant les conséquences de l'abrogation de la voie de signalisation Notch/CSL. En concordance avec cette hypothèse, nous avons constaté que la perte de ATF3 dans les DFs favorisait la tumorigénicité des kératinocytes via le contrôle négatif de cytokines, des enzymes de la matrice de remodelage et de protéines associées au cancer, peut-être par liaison directe des effecteurs de la voie Notch/CSL : IL6 et les gènes Hes. Enfin, dans les échantillons cliniques humains, le stroma sous-jacent aux lésions précancéreuses de kératoses actiniques montre une diminution significative de l'expression de ATF3 par rapport au stroma jouxtant la peau normale. La restauration de l'expression de ATF3 pourrait être utilisée comme un outil thérapeutique en recherche translationnelle pour prévenir ou réprimer le processus de cancérisation en domaine. - Epithelial-mesenchymal interactions play an important role in control of normal skin development, homeostasis and tumorigenesis. The role of dermal fibroblasts (DFs) as the most abundant cell type in stroma is increasingly appreciated. Especially during tumorigenesis, fibroblasts surrounding epithelial tumors, called Cancer Associated Fibroblasts (CAFs), produce diffusible factors (growth factors, inflammatory cytokines, chemokines and enzymes, and matrix metalloproteinases) that mediate inflammation either directly or indirectly through paracrine signaling between stroma and epithelial cancer cells. The risk of skin cancer increases exponentially with age. As a likely link between the two, senescence of fibroblasts results in production of the senescence-messaging-secretome (SMS), a panel of diffusible factors inducing paracrine growth stimulation, inflammation, and matrix remodeling. Interestingly, induction of these genes is also a characteristic of Cancer Associated Fibroblasts (CAFs). However, the link between the two cellular events, senescence and CAF activation is largely unexplored. ATF3 is a key stress response transcription factor with highly cell type specific functions, which has been discovered as a tumor promoter in keratinocytes in our lab. However, the biological and biochemical function of ATF3 in the dermal compartment of the skin has not been studied yet. Recently, we found that compromised Notch/CSL signaling in dermal fibroblasts (DFs) in mice is a primary cause of multifocal keratinocyte tumors called field cancerization associated with stromal atrophy, matrix alterations and inflammation. Further studies showed that CSL functions as a negative regulator of genes involved in DFs senescence and CAF activation. Here, we show that deletion or silencing of the ATF3 gene in DFs activates senescence and CAF-related gene expression similar to that triggered by loss of CSL, while increased ATF3 suppresses these changes. We hypothesize that ATF3 plays a suppressing role in CAF activation and keratinocyte tumor progression, overcoming the consequences of compromised Notch/CSL signaling. In support of this hypothesis, we found that loss of ATF3 in DFs promotes tumorigenic behavior of keratinocytes via negative control of cytokines, matrix-remodeling enzymes and cancer-associated proteins, possibly through direct binding to Notch/CSL targets, IL6 and Hes genes. On the other hand, in human clinical samples, stromal fields underlying premalignant actinic keratosis lesions showed significantly decreased ATF3 expression relative to stroma of flanking normal skin. Restoration of ATF3, which is lost in cancer development, may be used as a therapeutic tool for translational research to prevent or suppress the field cancerization process.

Stem cell transplantation in brain tumors: a new field for molecular imaging?

Neural stem cells have been proposed as a new and promising treatment modality in various pathologies of the central nervous system, including malignant brain tumors. However, the underlying mechanism by which neural stem cells target tumor areas remains elusive. Monitoring of these cells is currently done by use of various modes of molecular imaging, such as optical imaging, magnetic resonance imaging and positron emission tomography, which is a novel technology for visualizing metabolism and signal transduction to gene expression. In this new context, the microenvironment of (malignant) brain tumors and the blood-brain barrier gains increased interest. The authors of this review give a unique overview of the current molecular-imaging techniques used in different therapeutic experimental brain tumor models in relation to neural stem cells. Such methods for molecular imaging of gene-engineered neural stem/progenitor cells are currently used to trace the location and temporal level of expression of therapeutic and endogenous genes in malignant brain tumors, closing the gap between in vitro and in vivo integrative biology of disease in neural stem cell transplantation.

Shifts in species richness, herbivore specialization, and plant resistance along elevation gradients.

Environmental gradients have been postulated to generate patterns of diversity and diet specialization, in which more stable environments, such as tropical regions, should promote higher diversity and specialization. Using field sampling and phylogenetic analyses of butterfly fauna over an entire alpine region, we show that butterfly specialization (measured as the mean phylogenetic distance between utilized host plants) decreases at higher elevations, alongside a decreasing gradient of plant diversity. Consistent with current hypotheses on the relationship between biodiversity and the strength of species interactions, we experimentally show that a higher level of generalization at high elevations is associated with lower levels of plant resistance: across 16 pairs of plant species, low-elevation plants were more resistant vis-à-vis their congeneric alpine relatives. Thus, the links between diversity, herbivore diet specialization, and plant resistance along an elevation gradient suggest a causal relationship analogous to that hypothesized along latitudinal gradients.

Investigation of field and diffusion time dependence of the diffusion-weighted signal at ultrahigh magnetic fields.

Over the last decade, there has been a significant increase in the number of high-magnetic-field MRI magnets. However, the exact effect of a high magnetic field strength (B0 ) on diffusion-weighted MR signals is not yet fully understood. The goal of this study was to investigate the influence of different high magnetic field strengths (9.4 T and 14.1 T) and diffusion times (9, 11, 13, 15, 17 and 24 ms) on the diffusion-weighted signal in rat brain white matter. At a short diffusion time (9 ms), fractional anisotropy values were found to be lower at 14.1 T than at 9.4 T, but this difference disappeared at longer diffusion times. A simple two-pool model was used to explain these findings. The model describes the white matter as a first hindered compartment (often associated with the extra-axonal space), characterized by a faster orthogonal diffusion and a lower fractional anisotropy, and a second restricted compartment (often associated with the intra-axonal space), characterized by a slower orthogonal diffusion (i.e. orthogonal to the axon direction) and a higher fractional anisotropy. Apparent T2 relaxation time measurements of the hindered and restricted pools were performed. The shortening of the pseudo-T2 value from the restricted compartment with B0 is likely to be more pronounced than the apparent T2 changes in the hindered compartment. This study suggests that the observed differences in diffusion tensor imaging parameters between the two magnetic field strengths at short diffusion time may be related to differences in the apparent T2 values between the pools. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

Dissecting carotenoid from structural components of carotenoid-based coloration: a field experiment with great tits (Parus major).

Carotenoid-based yellowish to red plumage colors are widespread visual signals used in sexual and social communication. To understand their ultimate signaling functions, it is important to identify the proximate mechanism promoting variation in coloration. Carotenoid-based colors combine structural and pigmentary components, but the importance of the contribution of structural components to variation in pigment-based colors (i.e., carotenoid-based colors) has been undervalued. In a field experiment with great tits (Parus major), we combined a brood size manipulation with a simultaneous carotenoid supplementation in order to disentangle the effects of carotenoid availability and early growth condition on different components of the yellow breast feathers. By defining independent measures of feather carotenoid content (absolute carotenoid chroma) and background structure (background reflectance), we demonstrate that environmental factors experienced during the nestling period, namely, early growth conditions and carotenoid availability, contribute independently to variation in yellow plumage coloration. While early growth conditions affected the background reflectance of the plumage, the availability of carotenoids affected the absolute carotenoid chroma, the peak of maximum ultraviolet reflectance, and the overall shape, that is, chromatic information of the reflectance curves. These findings demonstrate that environment-induced variation in background structure contributes significantly to intraspecific variation in yellow carotenoid-based plumage coloration.