14C as a tool to trace terrestrial carbon in a complex lake system: implications for food-web structure and carbon cycling

Globally lakes bury and remineralise significant quantities of terrestrial C, and the associated flux of terrestrial C strongly influences their functioning. Changing deposition chemistry, land use and climate induced impacts on hydrology will affect soil biogeochemistry and terrestrial C export¹ and hence lake ecology with potential feedbacks for regional and global C cycling. C and nitrogen stable isotope analysis (SIA) has identified the terrestrial subsidy of freshwater food webs. The approach relies on different ¹³C fractionation in aquatic and terrestrial primary producers, but also that inorganic C demands of aquatic primary producers are partly met by ¹³C depleted C from respiration of terrestrial C, and ‘old’ C derived from weathering of catchment geology. SIA thus fails to differentiate between the contributions of old and recently fixed terrestrial C. Natural abundance ¹⁴C can be used as an additional biomarker to untangle riverine food webs² where aquatic and terrestrial δ ¹³C overlap, but may also be valuable for examining the age and origin of C in the lake. Primary production in lakes is based on dissolved inorganic C (DIC). DIC in alkaline lakes is partially derived from weathering of carbonaceous bedrock, a proportion of which is¹⁴C-free. The low ¹⁴C activity yields an artificial age offset leading samples to appear hundreds to thousands of years older than their actual age. As such, ¹⁴C can be used to identify the proportion of autochthonous C in the food-web. With terrestrial C inputs likely to increase, the origin and utilisation of ‘fossil’ or ‘recent’ allochthonous C in the food-web can also be determined. Stable isotopes and 14C were measured for biota, particulate organic matter (POM), DIC and dissolved organic carbon (DOC) from Lough Erne, Northern Ireland, a humic alkaline lake. Temporal and spatial variation was evident in DIC, DOC and POM C isotopes with implications for the fluctuation in terrestrial export processes. Ramped pyrolysis of lake surface sediment indicates the burial of two C components. ¹⁴C activity (507 ± 30 BP) of sediment combusted at 400˚C was consistent with algal values and younger than bulk sediment values (1097 ± 30 BP). The sample was subsequently combusted at 850˚C, yielding 14C values (1471 ± 30 BP) older than the bulk sediment age, suggesting that fossil terrestrial carbon is also buried in the sediment. Stable isotopes in the food web indicate that terrestrial organic C is also utilised by lake organisms. High winter δ ¹⁵N values in calanoid zooplankton (δ ¹⁵N = 24%¸) relative to phytoplankton and POM (δ ¹⁵N = 6h and 12h respectively) may reflect several microbial trophic levels between terrestrial C and calanoids. Furthermore winter calanoid 14C ages are consistent with DOC from an inflowing river (75 ± 24 BP), not phytoplankton (367 ± 70 BP). Summer calanoid δ ^13C, δ ¹⁵N and ¹⁴C (345 ± 80 BP) indicate greater reliance on phytoplankton.

¹ Monteith, D.T et al., (2007) Dissolved organic carbon trends resulting from changes in atmospheric deposition chemistry. Nature, 450:537-535

² Caraco, N., et al.,(2010) Millennial-aged organic carbon subsidies to a modern river food web. Ecology,91: 2385-2393.

Novel Supercritical Carbon Dioxide Impregnation Technique for the Production of Amorphous Solid Drug Dispersions: A Comparison to Hot Melt Extrusion

The formulation of BCS Class II drugs as amorphous solid dispersions has been shown to provide advantages with respect to improving the aqueous solubility of these compounds. While hot melt extrusion (HME) and spray drying (SD) are among the most common methods for the production of amorphous solid dispersions (ASDs), the high temperatures often required for HME can restrict the processing of thermally labile drugs, while the use of toxic organic solvents during SD can impact on end-product toxicity. In this study, we investigated the potential of supercritical fluid impregnation (SFI) using carbon dioxide as an alternative process for ASD production of a model poorly water-soluble drug, indomethacin (INM). In doing so, we produced ASDs without the use of organic solvents and at temperatures considerably lower than those required for HME. Previous studies have concentrated on the characterization of ASDs produced using HME or SFI but have not considered both processes together. Dispersions were manufactured using two different polymers, Soluplus and polyvinylpyrrolidone K15 using both SFI and HME and characterized for drug morphology, homogeneity, presence of drug-polymer interactions, glass transition temperature, amorphous stability of the drug within the formulation, and nonsink drug release to measure the ability of each formulation to create a supersaturated drug solution. Fully amorphous dispersions were successfully produced at 50% w/w drug loading using HME and 30% w/w drug loading using SFI. For both polymers, formulations containing 50% w/w INM, manufactured via SFI, contained the drug in the γ-crystalline form. Interestingly, there were lower levels of crystallinity in PVP dispersions relative to SOL. FTIR was used to probe for the presence of drug-polymer interactions within both polymer systems. For PVP systems, the nature of these interactions depended upon processing method; however, for Soluplus formulations this was not the case. The area under the dissolution curve (AUC) was used as a measure of the time during which a supersaturated concentration could be maintained, and for all systems, SFI formulations performed better than similar HME formulations.

Periodate – an alternative oxidant for testing potential water oxidation catalysts

The redox catalyst ruthenium dioxide, prepared via the Adams technique, i.e.Ru(Adams), is used as a water oxidation catalyst using the oxidants (i) Ce(IV) in 0.5M H2SO4 and (ii) periodate in 0.5 M H2SO4, water and 0.1 M KOH. Like Ce(IV),periodate is a very strong oxidant that is able to oxidise water to oxygen and can bereadily monitored spectrophotometrically at 280 nm, compared with 430 nm for Ce(IV).More importantly, unlike Ce(IV), which is unstable towards hydrolysis above pH 1,periodate is stable in acid, water and strong alkali. A spectrophotometric study of thekinetics of periodate reduction, and concomitant oxidation of water to O2, reveals thatin the presence of a suitable redox catalyst, Ru(Adams) in this work, periodate is ableto effect the stoichiometric oxidation of water, with a turnover number > 64. In justwater, the kinetics of the latter reaction appear diffusion-controlled, due to the largethermodynamic driving force, a measure of which is the difference in redox potential,i.e. ∆E = 423 mV. As this difference is decreased, ∆E = 396 mV in acid and 290 mVin strong alkali (0.1 M KOH), the kinetics become increasingly activation-controlledand slower. These findings are discussed briefly with regard to the possible use of (i)periodate as an alternative oxidant in the rapid screening of new potential wateroxidation catalyst material powders that are stable only under near neutral and/oralkaline conditions, and (ii) Ru(Adams) as a benchmark catalyst.

Organo-mineral complexation alters carbon and nitrogen cycling in stream microbial assemblages

Inland waters are of global biogeochemical importance receiving carbon inputs of ~ 4.8 Pg C y^-1. Of this 12 % is buried, 18 % transported to the oceans, and 70 % supports aquatic secondary production. However, the mechanisms that determine the fate of organic matter (OM) in these systems are poorly defined. One important aspect is the formation of organo-mineral complexes in aquatic systems and their potential as a route for OM transport and burial vs. their use potential as organic carbon (C) and nitrogen (N) sources. Organo-mineral particles form by sorption of dissolved OM to freshly eroded mineral surfaces and may contribute to ecosystem-scale particulate OM fluxes. We tested the availability of mineral-sorbed OM as a C & N source for streamwater microbial assemblages and streambed biofilms. Organo-mineral particles were constructed in vitro by sorption of ¹³C:¹⁵N-labelled amino acids to hydrated kaolin particles, and microbial degradation of these particles compared with equivalent doses of ¹³C:¹⁵N-labelled free amino acids. Experiments were conducted in 120 ml mesocosms over 7 days using biofilms and streamwater sampled from the Oberer Seebach stream (Austria), tracing assimilation and mineralization of ¹³C and ¹⁵N labels from mineral-sorbed and dissolved amino acids.Here we present data on the effects of organo-mineral sorption upon amino acid mineralization and its C:N stoichiometry. Organo-mineral sorption had a significant effect upon microbial activity, restricting C and N mineralization by both the biofilm and streamwater treatments. Distinct differences in community response were observed, with both dissolved and mineral-stabilized amino acids playing an enhanced role in the metabolism of the streamwater microbial community. Mineral-sorption of amino acids differentially affected C & N mineralization and reduced the C:N ratio of the dissolved amino acid pool. The present study demonstrates that organo-mineral complexes restrict microbial degradation of OM and may, consequently, alter the carbon and nitrogen cycling dynamics within aquatic ecosystems.

Novel precipitated zirconia-based DGT technique for high-resolution imaging of oxyanions in waters and sediments

Water-sediment exchange is a fundamental component of oxyanion cycling in the environment. Yet, many of the (im)mobilization processes overlay complex spatial and temporal redox regimes that occur within millimeters of the interface. Only a few methods exist that can reliably capture these porewater fluxes, with the most popular being high-resolution diffusive gradients in thin films (HR-DGT). However, functionality of HR-DGT is restricted by the availability of suitable analyte binding agents within the sampler, which must be simple to cast and homogeneously distributed in the binding layer, exhibit adequate sorption capacities, be resistive to chemical change, and possess a very fine particle size (≤10 μm). A novel binding layer was synthesized to meet these requirements by in situ precipitation of zirconia into a precast hydrogel. The particle diameter ≤0.2 μm of zirconia in this precipitated gel was uniform and at least 50-times smaller than the conventional molding approach. Further, this gel had superior binding and stability characteristics compared with the commonly used ferrihydrite HR-DGT technique and could be easily fabricated as an ultrathin gel (60 μm) for simultaneous oxygen imaging in conjunction with planar-optodes. Chemical imaging of anion and oxygen fluxes using the new sampler were evaluated on Lake Taihu sediments.

Availability and transfer to grain of As, Cd, Cu, Ni, Pb and Zn in a barley agri-system: Impact of biochar, organic and mineral fertilizers

With biochar becoming an emerging soil amendment and a tool to mitigate climate change, there are only a few studies documenting its effects on trace element cycling in agriculture. Zn and Cu are deficient in many human diets, whilst exposures to As, Pb and Cd need to be decreased. Biochar has been shown to affect many of them mainly at a bench or greenhouse scale, but field research is not available. In our experiment we studied the impact of biochar, as well as its interactions with organic (compost and sewage sludge) and mineral fertilisers (NPK and nitrosulfate), on trace element mobility in a Mediterranean agricultural field (east of Madrid, Spain) cropped with barley. At harvesting time, we analysed the soluble fraction, the available fraction (assessed with the diffusive gradients in thin gels technique, DGT) and the concentration of trace elements in barley grain. No treatment was able to significantly increase Zn, Cu or Ni concentration in barley grain, limiting the application for cereal fortification. Biochar helped to reduce Cd and Pb in grain, whereas As concentration slightly increased. Overall biochar amendments demonstrated a potential to decrease Cd uptake in cereals, a substantial pathway of exposure in the Spanish population, whereas mineral fertilisation and sewage sludge increased grain Cd and Pb. In the soil, biochar helped to stabilise Pb and Cd, while marginally increasing As release/mobilisation. Some of the fertilisation practises or treatments increased toxic metals and As solubility in soil, but never to an extent high enough to be considered an environmental risk. Future research may try to fortify Zn, Cu and Ni using other combinations of organic amendments and different parent biomass to produce enriched biochars.

Modelling of Evaporator in Waste Heat Recovery System using Finite Volume Method and Fuzzy Technique

The evaporator is an important component in the Organic Rankine Cycle (ORC)-based Waste Heat Recovery (WHR) system since the effective heat transfer of this device reflects on the efficiency of the system. When the WHR system operates under supercritical conditions, the heat transfer mechanism in the evaporator is unpredictable due to the change of thermo-physical properties of the fluid with temperature. Although the conventional finite volume model can successfully capture those changes in the evaporator of the WHR process, the computation time for this method is high. To reduce the computation time, this paper develops a new fuzzy based evaporator model and compares its performance with the finite volume method. The results show that the fuzzy technique can be applied to predict the output of the supercritical evaporator in the waste heat recovery system and can significantly reduce the required computation time. The proposed model, therefore, has the potential to be used in real time control applications.

Microbial community composition and mercury cycling in sediments of tagus estuary

Tese de doutoramento, Farmácia (Toxicologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016

Does more cycling mean more diversity in cycling?

In low-cycling countries, cycling is not evenly distributed across genders and age groups. In the UK, men are twice as likely as women to cycle to work and cycling tends to be dominated by younger adults. By contrast, in higher cycling countries and cities, gender differences are low, absent, or in the opposite direction. Such places also lack the UK's steady decline in cycling among those aged over 35 years. Over the past fifteen years some UK local areas have seen increases in cycling. This paper analyses data from the English and Welsh Census 2001 and 2011 to examine whether such increases are associated with greater diversity among cyclists. We find that in areas where cycling has increased, there has been no increase in the representation of females, and a decrease in the representation of older adults. We discuss potential causes and policy implications. Importantly, simply increasing cycling modal share has not proved sufficient to create an inclusive cycling culture. The UK's culturally specific factors limiting female take-up of cycling seem to remain in place, even where cycling has gone up. Creating a mass cycling culture may require deliberately targeting infrastructure and policies towards currently under-represented groups.

Simulation of the magnetic induction vector of a magnetic core to be used in FFC NMR relaxometry

This paper is a contribution for the assessment and comparison of magnet properties based on magnetic field characteristics particularly concerning the magnetic induction uniformity in the air gaps. For this aim, a solver was developed and implemented to determine the magnetic field of a magnetic core to be used in Fast Field Cycling (FFC) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) relaxometry. The electromagnetic field computation is based on a 2D finite-element method (FEM) using both the scalar and the vector potential formulation. Results for the magnetic field lines and the magnetic induction vector in the air gap are presented. The target magnetic induction is 0.2 T, which is a typical requirement of the FFC NMR technique, which can be achieved with a magnetic core based on permanent magnets or coils. In addition, this application requires high magnetic induction uniformity. To achieve this goal, a solution including superconducting pieces is analyzed. Results are compared with a different FEM program.

Culture du corps et technosciences : vers une « mise à niveau » technique de l’humain? Analyse des représentations du corps soutenues par le mouvement transhumaniste

L’intérêt marqué porté actuellement aux recherches NBIC (nano-bio-info-cognitivo technologies) visant l’optimisation des capacités humaines augure d’un profond bouleversement dans nos représentations du corps humain et du rapport humain-machine. Tour à tour, des travaux issus des domaines du génie génétique, de la pharmacologie, des biotechnologies ou des nanotechnologies nous promettent un corps moins sujet à la maladie, mieux « adapté » et surtout plus malléable. Cette construction en laboratoire d’un corps amélioré fait amplement écho aux préoccupations contemporaines concernant la santé parfaite, le processus de vieillissement, l’inaptitude, l’apparence, la performance, etc. En vue d’analyser les transformations qu’induisent ces recherches sur les représentations du corps, nous avons construit un modèle théorique appuyé, d’une part, sur des travaux en sociologie du corps et, d’autre part, sur des travaux en épistémologie des sciences. Puis, en scrutant différents textes de vulgarisation scientifique produits par des chercheurs transhumanistes – militant ouvertement en faveur d’une optimisation radicale des capacités humaines par le biais des technosciences –, il a été observé que les représentations du corps s’organisent autour de trois principaux noyaux. Le corps humain est présenté, dans ce discours, comme étant à la fois informationnel, technologiquement perfectible et obsolète. Cette représentation tripartite du corps permet aux transhumanistes d’ériger leur modèle d’action (i.e. amélioration des capacités physiques, intellectuelles, sensitives, émotionnelles, etc.) à titre de nécessité anthropologique. À leurs yeux, l’amélioration des conditions humaines doit passer par une mutation contrôlée de la biologie (i.e. une hybridation avec la machine) du fait que le corps serait « inadapté » au monde contemporain. Ainsi, les promesses NBIC, une fois récupérées par les chercheurs transhumanistes, se voient exacerbées et prennent une tonalité péremptoire. Ceci contribue vivement à la promotion du posthumain ou du cyborg, soit d’un individu transformé dans l’optique d’être plus robuste et intelligent, de moduler sa sensitivité et ses états émotifs et de vivre plus longtemps, voire indéfiniment. Enfin, situé à mi-chemin entre la science et la science-fiction, ce projet est qualifié de techno-prophétie en ce qu’il produit d’innombrables prévisions basées sur les avancées technoscientifiques actuelles et potentielles. Afin d’accroître l’acceptabilité sociale de leur modèle d’action, les transhumanistes ne font pas uniquement appel à la (potentielle) faisabilité technique; ils s’appuient également sur des valeurs socialement partagées, telles que l’autodétermination, la perfectibilité humaine, l’égalité, la liberté ou la dignité. Néanmoins, la lecture qu’ils en font est parfois surprenante et rompt très souvent avec les conceptions issues de la modernité. À leur avis, le perfectionnement humain doit s’opérer par le biais des technosciences (non des institutions sociales), sur le corps même des individus (non sur l’environnement) et en vertu de leur « droit » à l’autodétermination compris comme un droit individuel d’optimiser ses capacités. De même, les technosciences doivent, disent-ils, être démocratisées afin d’en garantir l’accessibilité, de réduire les inégalités biologiques et de permettre à chacun de renforcer son sentiment d’identité et d’accomplissement. L’analyse du discours transhumaniste nous a donc permis d’observer leurs représentations du corps de même que la résonance culturelle du projet qu’ils proposent.

Effets des nanoparticules d'argent sur les processus enzymatiques des sols

Les nanomatériaux sont de plus en plus présents dans les produits consommables du quotidien. L’argent est le métal le plus utilisé en nanotechnologie pour ses propriétés antimicrobiennes. Par différentes voies d’entrée, les nanoparticules d’argent (nAg) se retrouvent dans l’environnement en quantité significative, notamment dans les sols suite à la valorisation agricole des biosolides municipaux. Il est prévu qu’une interaction négative sur la communauté microbienne terrestre ait des répercussions sur la fertilité du sol et les processus biogéochimiques. Les mesures de l’activité enzymatique ont déjà montré leur efficacité et leur sensibilité dans la détection d’une perturbation physique et chimique du sol. Les effets potentiels des nAg sur l’écosystème terrestre ont été évalués en mesurant l’activité des enzymes β-D-glucosidase (EC 3.2.1.21), leucine-aminopeptidase (EC 3.4.11.1), phosphomonoesterase (EC 3.1.3) et arylsulfatase (EC 3.1.6.1) intervenant dans les cycles des éléments essentiels C, N, P et S, respectivement. L’activité enzymatique est mesurée à l’aide d’une technique basée sur la fluorescence qui requière des substrats synthétiques liés à un fluorophore. Un sol de type sableux a été échantillonné au Campus Macdonald de l’Université McGill (Sainte-Anne-de-Bellevue, Qc) puis exposé aux nAg (taille ~20 nm) ou à la forme ionique Ag+ (Ag-acetate) à des concentrations nominales de 1,25 × 10-3, 1,25 × 10-2, 0,125, 1,25, 6,25 et 31,25 mg Ag kg-1 sol. De plus, le rôle de la matière organique (MO) a été évalué en effectuant un amendement du sol avec un compost de feuilles. Pour mieux comprendre les effets observés, des analyses de spéciation de l’Ag ont été réalisées. Les concentrations en Ag dissous ont été déterminées après filtration à travers des membranes de 0,45 µm ou de 3 kDa (~1 nm, ultrafiltration) pour séparer la phase particulaire des ions dissous. De façon générale, une inhibition de l’activité enzymatique a été observée pour les 4 enzymes en fonction de l’augmentation de la concentration en Ag (totale et dissoute) mais elle est significativement moins importante avec l’ajout de la MO. Les résultats suggèrent que l’inhibition de l’activité des enzymes aux faibles expositions aux nAg est due aux nanoparticules puisqu’une très faible fraction des nAg est réellement dissoute et aucun effet significatif n’a été observé pour les sols traités à des concentrations similaires en Ag+. Par contre, les effets mesurés aux concentrations plus élevées en nAg sont semblables aux expositions à l’Ag+ et suggèrent un rôle de l’Ag colloïdale dans l’inhibition du processus enzymatique des sols.

Regenerative potential of corneal endothelium from patients with fuchs endothelial corneal dystrophy

La dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD, pour l’abréviation du terme anglais « Fuchs endothelial corneal dystrophy ») est une maladie de l'endothélium cornéen. Sa pathogenèse est mal connue. Aucun traitement médical n’est efficace. Le seul traitement existant est chirurgical et consiste dans le remplacement de l’endothélium pathologique par un endothélium sain provenant de cornées de la Banque des yeux. Le traitement chirurgical, en revanche, comporte 10% de rejet immunologique. Des modèles expérimentaux sont donc nécessaires afin de mieux comprendre cette maladie ainsi que pour le développement de traitements alternatifs. Le but général de cette thèse est de développer un modèle expérimental de la FECD en utilisant le génie tissulaire. Ceci a été réalisé en trois étapes. 1) Tout d'abord, l'endothélium cornéen a été reconstruit par génie tissulaire en utilisant des cellules endothéliales en culture, provenant de patients atteints de FECD. Ce modèle a ensuite été caractérisé in vitro. Brièvement, les cellules endothéliales cornéennes FECD ont été isolées à partir de membranes de Descemet prélevées lors de greffes de cornée. Les cellules au deuxième ou troisième passages ont ensuite été ensemencées sur une cornée humaine préalablement décellularisée. Suivant 2 semaines de culture, les endothélia cornéens reconstruits FECD (n = 6) ont été évalués à l'aide d'histologie, de microscopie électronique à transmission et d’immunomarquages de différentes protéines. Les endothélia cornéens reconstruits FECD ont formé une monocouche de cellules polygonales bien adhérées à la membrane de Descemet. Les immunomarquages ont démontré la présence des protéines importantes pour la fonctionnalité de l’endothélium cornéen telles que Na+-K+/ATPase α1 et Na+/HCO3-, ainsi qu’une expression faible et uniforme de la protéine clusterine. 2) Deux techniques chirurgicales (DSAEK ; pour « Descemet stripping automated endothelial keratoplasty » et la kératoplastie pénétrante) ont été comparées pour la transplantation cornéenne dans le modèle animal félin. Les paramètres comparés incluaient les défis chirurgicaux et les résultats cliniques. La technique « DSAEK » a été difficile à effectuer dans le modèle félin. Une formation rapide de fibrine a été observée dans tous les cas DSAEK (n = 5). 3) Finalement, la fonctionnalité in vivo des endothélia cornéens reconstruits FECD a été évaluée (n = 7). Les évaluations in vivo comprenaient la transparence, la pachymétrie et la tomographie par cohérence optique. Les évaluations post-mortem incluaient la morphométrie des cellules endothéliales, la microscopie électronique à transmission et des immunomarquage de protéines liées à la fonctionnalité. Après la transplantation, la pachymétrie a progressivement diminué et la transparence a progressivement augmenté. Sept jours après la transplantation, 6 des 7 greffes étaient claires. La microscopie électronique à transmission a montré la présence de matériel fibrillaire sous-endothélial dans toutes les greffes d’endothelia reconstruits FECD. Les endothélia reconstruits exprimaient aussi des protéines Na+-K+/ATPase et Na+/HCO3-. En résumé, cette thèse démontre que les cellules endothéliales de la cornée à un stade avancé FECD peuvent être utilisées pour reconstruire un endothélium cornéen par génie tissulaire. La kératoplastie pénétrante a été démontrée comme étant la procédure la plus appropriée pour transplanter ces tissus reconstruits dans l’œil du modèle animal félin. La restauration de l'épaisseur cornéenne et de la transparence démontrent que les greffons reconstruits FECD sont fonctionnels in vivo. Ces nouveaux modèles FECD démontrent une réhabilitation des cellules FECD, permettant d’utiliser le génie tissulaire pour reconstruire des endothelia fonctionnels à partir de cellules dystrophiques. Les applications potentielles sont nombreuses, y compris des études physiopathologiques et pharmacologiques.

Oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance imaging (OS-CMR) : potential confounding factors in use of OS-CMR

La résonance magnétique cardiovasculaire sensible à l'oxygénation (OS-CMR) est devenue une modalité d'imagerie diagnostique pour la surveillance de changements dans l'oxygénation du myocarde. Cette technique offre un grand potentiel en tant qu'outil diagnostic primaire pour les maladies cardiovasculaires, en particulier la détection non-invasive d'ischémie. Par contre, il existe plusieurs facteurs potentiellement confondants de cette technique, quelques-uns d'ordre méthodologique comme les paramètres de séquençage et d'autres de nature physiologiques qui sont peut compris. En raison des effets causés par le contenu tissulaire d'eau, l'état d'hydratation peut avoir un impact sur l'intensité du signal. Ceci est un des aspects physiologiques en particulier dont nous voulions quantifier l'effet confondant par la manipulation de l'état d'hydratation chez des humains et l'observation des changements de l'intensité du signal dans des images OS-CMR. Méthodes: In vitro: Du sang artériel et veineux de huit porcs a été utilisé pour évaluer la dilution en série du sang et son effet correspondant sur l'intensité du signal de la séquence OS. In vivo: Vingt-deux volontaires en santé ont subi OS-CMR. Les concentrations d'hémoglobine (Hb) ont été mesurées au niveau de base et immédiatement après une l'infusion cristalloïde rapide de 1000 mL de solution Lactate Ringer's (LRS). Les images OS-CMR ont été prises dans une vue mid-ventriculaire court axe. L'intensité du signal myocardique a été mesurée durant une rétention respiratoire volontaire maximale, suite à une période d'hyperventilation de 60 secondes. Les changements dans l'intensité du signal entre le début et la fin de la rétention de la respiration ont été exprimés relativement au niveau de base (% de changement). Résultats: L'infusion a résulté en une diminution significative de l'Hb mesurée (142.5±3.3 vs. 128.8±3.3 g/L; p<0.001), alors que l'IS a augmenté de 3.2±1.2% entre les images du niveau de base en normo- et hypervolémie (p<0.05). L'IS d'hyperventilation ainsi que les changements d'IS induits par l'apnée ont été attenués après hémodilution (p<0.05). L'évaluation quantitative T2* a démontré une corrélation négative entre le temps de T2* et la concentration d'hémoglobine (r=-0.46, p<0.005). Conclusions: Il existe plusieurs éléments confondants de la technique OS-CMR qui requièrent de l'attention et de l'optimisation pour une future implémentation clinique à grande échelle. Le statut d'hydratation en particulier pourrait être un élément confondant dans l'imagerie OS-CMR. L'hypervolémie mène à une augmentation en IS au niveau de base et atténue la réponse IS durant des manoeuvres de respiration vasoactives. Cette atténuation de l'intensité du signal devrait être tenue en compte et corrigée dans l'évaluation clinique d'images OS-CMR.

Development of a Technique for Estimating Rain Parameters from Rain Noise Measurements

The measurement of global precipitation is of great importance in climate modeling since the release of latent heat associated with tropical convection is one of the pricipal driving mechanisms of atmospheric circulation.Knowledge of the larger-scale precipitation field also has important potential applications in the generation of initial conditions for numerical weather prediction models Knowledge of the relationship between rainfall intensity and kinetic energy, and its variations in time and space is important for erosion prediction. Vegetation on earth also greatly depends on the total amount of rainfall as well as the drop size distribution (DSD) in rainfall.While methods using visible,infrared, and microwave radiometer data have been shown to yield useful estimates of precipitation, validation of these products for the open ocean has been hampered by the limited amount of surface rainfall measurements available for accurate assessement, especially for the tropical oceans.Surface rain fall measurements(often called the ground truth)are carried out by rain gauges working on various principles like weighing type,tipping bucket,capacitive type and so on.The acoustic technique is yet another promising method of rain parameter measurement that has many advantages. The basic principle of acoustic method is that the droplets falling in water produce underwater sound with distinct features, using which the rainfall parameters can be computed. The acoustic technique can also be used for developing a low cost and accurate device for automatic measurement of rainfall rate and kinetic energy of rain.especially suitable for telemetry applications. This technique can also be utilized to develop a low cost Disdrometer that finds application in rainfall analysis as well as in calibration of nozzles and sprinklers. This thesis is divided into the following 7 chapters, which describes the methodology adopted, the results obtained and the conclusions arrived at.