Étude comparative de l'imagerie dans l'évaluation de l'ostéoarthrose du grasset chez le cheval

Les objectifs de cette étude étaient (1) de décrire la localisation et la sévérité des lésions d’ostéoarthrose (OA) chroniques acquises naturellement au niveau du grasset équin grâce à l’échographie (US), la radiographie (XR), la tomodensitométrie (CT) et l’évaluation macroscopique (ME), (2) de comparer la performance diagnostique de chacune des modalities d’imagerie avec ME et (3) d’évaluer quantitativement la densité osseuse sous-chondrale lors d’OA du grasset chez le cheval à la tomodensitométrie. Des évaluations post mortem radiographique, tomodensitométrique et échographique ont été réalisées sur 23 grassets cadavériques et comparées à l’évaluation macroscopique. Des associations significatives ont été notées entre le «osteophytes global score» de toutes les modalités (US, p=0.04; XR, p=0.005; CT, p˂0.0001) et ME. De plus, la tomodensitométrie a démontré la plus forte association. Les ostéophytes étaient principalement localisés au niveau de l’articulation fémorotibiale médiale et cette articulation présentait également les scores d’ostéophytes les plus sévères. Un patron spécifique d’ostéophytes associé à l’insertion de la capsule articulaire sur le condyle fémoral médial a été mis en évidence. La nouvelle projection radiographique (Ca10Pr5L-CrDiMO) a été utile dans la détection des ostéophytes de la région intercondylaire. Les grades d’ostéophytes (0-3) ne différaient pas significativement selon la modalité dans la majorité des sites. La faible sensibilité/spécificité a indiqué que la sclérose de l’os sous-chondral et l’applatissement des condyles fémoraux ne semblent pas être des indicateurs fiables d’OA du grasset équin. L’OA du grasset équin est associée à une réduction de la densité osseuse sous-chondrale et des sites spécifiques de résorption/kystes sous-chondraux ont été notés chez certains spécimens.

Space and time characterization of laser-induced plasmas for applications in chemical analysis and thin film deposition

Après des décennies de développement, l'ablation laser est devenue une technique importante pour un grand nombre d'applications telles que le dépôt de couches minces, la synthèse de nanoparticules, le micro-usinage, l’analyse chimique, etc. Des études expérimentales ainsi que théoriques ont été menées pour comprendre les mécanismes physiques fondamentaux mis en jeu pendant l'ablation et pour déterminer l’effet de la longueur d'onde, de la durée d'impulsion, de la nature de gaz ambiant et du matériau de la cible. La présente thèse décrit et examine l'importance relative des mécanismes physiques qui influencent les caractéristiques des plasmas d’aluminium induits par laser. Le cadre général de cette recherche forme une étude approfondie de l'interaction entre la dynamique de la plume-plasma et l’atmosphère gazeuse dans laquelle elle se développe. Ceci a été réalisé par imagerie résolue temporellement et spatialement de la plume du plasma en termes d'intensité spectrale, de densité électronique et de température d'excitation dans différentes atmosphères de gaz inertes tel que l’Ar et l’He et réactifs tel que le N2 et ce à des pressions s’étendant de 10‾7 Torr (vide) jusqu’à 760 Torr (pression atmosphérique). Nos résultats montrent que l'intensité d'émission de plasma dépend généralement de la nature de gaz et qu’elle est fortement affectée par sa pression. En outre, pour un délai temporel donné par rapport à l'impulsion laser, la densité électronique ainsi que la température augmentent avec la pression de gaz, ce qui peut être attribué au confinement inertiel du plasma. De plus, on observe que la densité électronique est maximale à proximité de la surface de la cible où le laser est focalisé et qu’elle diminue en s’éloignant (axialement et radialement) de cette position. Malgré la variation axiale importante de la température le long du plasma, on trouve que sa variation radiale est négligeable. La densité électronique et la température ont été trouvées maximales lorsque le gaz est de l’argon et minimales pour l’hélium, tandis que les valeurs sont intermédiaires dans le cas de l’azote. Ceci tient surtout aux propriétés physiques et chimiques du gaz telles que la masse des espèces, leur énergie d'excitation et d'ionisation, la conductivité thermique et la réactivité chimique. L'expansion de la plume du plasma a été étudiée par imagerie résolue spatio-temporellement. Les résultats montrent que la nature de gaz n’affecte pas la dynamique de la plume pour des pressions inférieures à 20 Torr et pour un délai temporel inférieur à 200 ns. Cependant, pour des pressions supérieures à 20 Torr, l'effet de la nature du gaz devient important et la plume la plus courte est obtenue lorsque la masse des espèces du gaz est élevée et lorsque sa conductivité thermique est relativement faible. Ces résultats sont confirmés par la mesure de temps de vol de l’ion Al+ émettant à 281,6 nm. D’autre part, on trouve que la vitesse de propagation des ions d’aluminium est bien définie juste après l’ablation et près de la surface de la cible. Toutefois, pour un délai temporel important, les ions, en traversant la plume, se thermalisent grâce aux collisions avec les espèces du plasma et du gaz.

L’effet du vieillissement normal sur les mécanismes centraux de la régulation de la douleur

Les personnes vieillissantes doivent composer au quotidien avec des douleurs chroniques. Le but de ce travail est de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents qui contribueraient aux douleurs chroniques liées au vieillissement et par là, ouvrir un chemin vers de nouvelles perspectives thérapeutiques. Les contrôles inhibiteurs diffus nociceptifs (CIDN) ont un rôle qui n’est pas des moindres dans le contrôle de la douleur. Des études expérimentales examinant l’effet analgésique de la contre stimulation hétérotopique nociceptive (HNCS), un protocole permettant de tester l’efficacité de ces CIDN, suggèrent que le recrutement des CIDN au sein de cette population était plus faible (i.e. moins d’inhibition) comparé à une population plus jeune. En revanche, les études examinant la sensibilisation centrale induite par sommation temporelle (TS) de la douleur rapportent des résultats mitigés. De plus, une composante importante influençant l’expérience de douleur, les ressources cognitives, dont l’inhibition cognitive, se voient aussi décliner avec l’âge. Premièrement, le recrutement des CIDN a été comparé entre des participants sains, jeunes et des plus âgés avec la HNCS, et le recrutement des mécanismes de sensibilisation centrale avec la TS. La stimulation électrique du nerf sural a été choisie pour permettre de quantifier la douleur, tout en prenant une mesure indicative de la nociception spinale qu’est le réflexe nociceptif spinal (RIII). Nos sujets ont aussi participé à une tâche cognitive (le Stroop), testant l’inhibition cognitive. Deuxièmement, l’efficacité des CIDN ainsi que de l’inhibition cognitive a été testée chez les jeunes et les aînés en imagerie par résonance magnétique (IRM), afin de vérifier la relation entre ces deux mesures psychophysiques et l’épaisseur corticale des régions qui y sont impliquées ainsi que l’effet de l’âge sur celles-ci. Les résultats suggèrent un moindre recrutement des CIDN chez les plus âgés lors de l’expérimentation de la HNCS. Également, les sujets âgés présentaient des capacités d’inhibitions cognitives plus faibles que les jeunes. En plus, une corrélation entre l’inhibition cognitive et la modulation du réflexe RIII par la HNCS a été mise en évidence. Pour l’expérience de TS, les résultats étaient comparables pour les deux groupes, suggérant que les mécanismes impliqués dans la régulation de la douleur ne subiraient pas l’effet de l’âge de la même manière. Pour l’étude de l’épaisseur corticale, on y trouve une diminution globale de l’épaisseur corticale liée à l’âge, mais aussi une corrélation de l’analgésie par la HNCS avec l’inhibition cognitive et également, une relation des deux avec l’épaisseur corticale du cortex orbitofrontal (OFC) latéral gauche, suggérant la possibilité d’une existence d’un réseau neuronal au moins partiellement commun du contrôle inhibiteur descendant sensoriel et cognitif. Ce travail montre que l’effet de l’âge sur les mécanismes centraux de la régulation de la douleur est loin d’être uniforme. Également, il montre une corrélation entre la modulation endogène de la douleur et l’inhibition cognitive, ces deux processus seraient associés à une même région cérébrale. Ces résultats pourraient contribuer à identifier d’autres méthodes thérapeutiques, ouvrant ainsi une nouvelle avenue vers d’autres options dans la prise en charge des douleurs chroniques chez les personnes vieillissantes.

Photodiagnosis of Oral Malignancy using Laser-Induced Fluorescence and Diffuse Reflectance Spectroscopy

Biophotonics Laboratory,Centre for Earth Science Studies

Simulation d'une machine de lecture optique à l'usage des aveugles. 'Simulación de una máquina de lectura óptica para los ciegos'.

Estudio preliminar para la construcción de una máquina que sea capaz de reconocer la letra impresa para su uso por parte de invidentes. Establecen unos métodos de reconocimiento que tratan un mínimo de información con un nivel de reconocimiento aceptable y con el objetivo de que el aparato resultante sea lo más económico posible. El sistema, desde la introducción de la información luminosa hasta la salida en braille, fue simulado en un ordenador. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios: con una pequeña cámara de captación de informaciones luminosas, conteniendo aproximadamente 50 elementos fotorreceptores, se obtiene más de un 90 por ciento de reconocimiento, y esto independientemente de la velocidad de desplazamiento de la cámara con relación al texto y con una muestra de datos de calidad bastante mediocre. Suponen que los excelentes resultados obtenidos son aún mejorables y que con este estudio previo y los resultados obtenidos va a permitirles ahora, realizar la construcción definitiva de la máquina.

The relationship between diffuse spectral reflectance of the soil and its cation exchange capacity is scale-dependent

Diffuse reflectance spectroscopy (DRS) is increasingly being used to predict numerous soil physical, chemical and biochemical properties. However, soil properties and processes vary at different scales and, as a result, relationships between soil properties often depend on scale. In this paper we report on how the relationship between one such property, cation exchange capacity (CEC), and the DRS of the soil depends on spatial scale. We show this by means of a nested analysis of covariance of soils sampled on a balanced nested design in a 16 km × 16 km area in eastern England. We used principal components analysis on the DRS to obtain a reduced number of variables while retaining key variation. The first principal component accounted for 99.8% of the total variance, the second for 0.14%. Nested analysis of the variation in the CEC and the two principal components showed that the substantial variance components are at the > 2000-m scale. This is probably the result of differences in soil composition due to parent material. We then developed a model to predict CEC from the DRS and used partial least squares (PLS) regression do to so. Leave-one-out cross-validation results suggested a reasonable predictive capability (R2 = 0.71 and RMSE = 0.048 molc kg− 1). However, the results from the independent validation were not as good, with R2 = 0.27, RMSE = 0.056 molc kg− 1 and an overall correlation of 0.52. This would indicate that DRS may not be useful for predictions of CEC. When we applied the analysis of covariance between predicted and observed we found significant scale-dependent correlations at scales of 50 and 500 m (0.82 and 0.73 respectively). DRS measurements can therefore be useful to predict CEC if predictions are required, for example, at the field scale (50 m). This study illustrates that the relationship between DRS and soil properties is scale-dependent and that this scale dependency has important consequences for prediction of soil properties from DRS data

The Phosphorus Indicators Tool: a simple model of diffuse P loss from agricultural land to water

The Phosphorus Indicators Tool provides a catchment-scale estimation of diffuse phosphorus (P) loss from agricultural land to surface waters using the most appropriate indicators of P loss. The Tool provides a framework that may be applied across the UK to estimate P loss, which is sensitive not only to land use and management but also to environmental factors such as climate, soil type and topography. The model complexity incorporated in the P Indicators Tool has been adapted to the level of detail in the available data and the need to reflect the impact of changes in agriculture. Currently, the Tool runs on an annual timestep and at a 1 km(2) grid scale. We demonstrate that the P Indicators Tool works in principle and that its modular structure provides a means of accounting for P loss from one layer to the next, and ultimately to receiving waters. Trial runs of the Tool suggest that modelled P delivery to water approximates measured water quality records. The transparency of the structure of the P Indicators Tool means that identification of poorly performing coefficients is possible, and further refinements of the Tool can be made to ensure it is better calibrated and subsequently validated against empirical data, as it becomes available.

A multi-scale framework for strategic management of diffuse pollution

A multi-scale framework for decision support is presented that uses a combination of experiments, models, communication, education and decision support tools to arrive at a realistic strategy to minimise diffuse pollution. Effective partnerships between researchers and stakeholders play a key part in successful implementation of this strategy. The Decision Support Matrix (DSM) is introduced as a set of visualisations that can be used at all scales, both to inform decision making and as a communication tool in stakeholder workshops. A demonstration farm is presented and one of its fields is taken as a case study. Hydrological and nutrient flow path models are used for event based simulation (TOPCAT), catchment scale modelling (INCA) and field scale flow visualisation (TopManage). One of the DSMs; The Phosphorus Export Risk Matrix (PERM) is discussed in detail. The PERM was developed iteratively as a point of discussion in stakeholder workshops, as a decision support and education tool. The resulting interactive PERM contains a set of questions and proposed remediation measures that reflect both expert and local knowledge. Education and visualisation tools such as GIS, risk indicators, TopManage and the PERM are found to be invaluable in communicating improved farming practice to stakeholders. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mitigation of diffuse phosphorus pollution during rewetting of fen peat soils: A trans-European case study

Intensive cultivation of fen peat soils (Eutric Histosols) for agricultural purposes, started in Europe about 250 years ago, resulting in decreased soil fertility, increased oxidation of peat and corresponding CO2-emissions to the atmosphere, nutrient transfer to aquatic ecosystems and losses in the total area of the former native wetlands. To prevent these negative environmental effects set-aside programs and rewetting measures were promoted in recent years. Literature results and practical experiences showed that large scale rewetting of intensively used agricultural Histosols may result in the mobilisation of phosphorus (P), its transport to adjacent surface waters and an accelerated eutrophication risk. The paper summarises results from an international European Community sponsored research project and demonstrates how results obtained at different scales and from different scientific disciplines were compiled to derive a strategy to carry out rewetting measures. A decision support system (DSS) for a hydrologically sensitive area in the Droemling catchment in north-eastern Germany was developed and is presented as a tool to regulate rewetting in order to control P release. It is demonstrated that additional laboratory experiments to identify essential processes of P release during rewetting and the site-specific management of the water table, the involvement of specific knowledge and experience of the stakeholders are necessary to develop an applicable DSS. The presented DSS is practically used to prevent freshwater resources from diffuse P pollution.

Evaluation of field wetlands for mitigation of diffuse pollution from agriculture: sediment retention, cost and effectiveness

Diffuse pollution, and the contribution from agriculture in particular, has become increasingly important as pollution from point sources has been addressed by wastewater treatment. Land management approaches, such as construction of field wetlands, provide one group of mitigation options available to farmers. Although field wetlands are widely used for diffuse pollution control in temperate environments worldwide, there is a shortage of evidence for the effectiveness and viability of these mitigation options in the UK. The Mitigation Options for Phosphorus and Sediment Project aims to make recommendations regarding the design and effectiveness of field wetlands for diffuse pollution control in UK landscapes. Ten wetlands have been built on four farms in Cumbria and Leicestershire. This paper focuses on sediment retention within the wetlands, estimated from annual sediment surveys in the first two years, and discusses establishment costs. It is clear that the wetlands are effective in trapping a substantial amount of sediment. Estimates of annual sediment retention suggest higher trapping rates at sandy sites (0.5–6 t ha�1 yr�1), compared to silty sites (0.02–0.4 t ha�1 yr�1) and clay sites (0.01–0.07 t ha�1 yr�1). Establishment costs for the wetlands ranged from £280 to £3100 and depended more on site specific factors, such as fencing and gateways on livestock farms, rather than on wetland size or design. Wetlands with lower trapping rates would also have lower maintenance costs, as dredging would be required less frequently. The results indicate that field wetlands show promise for inclusion in agri-environment schemes, particularly if capital payments can be provided for establishment, to encourage uptake of these multi-functional features.

Reduced-order modeling of light transport in tissue for real-time monitoring of brain hemodynamics using diffuse optical tomography

This paper proposes a new reconstruction method for diffuse optical tomography using reduced-order models of light transport in tissue. The models, which directly map optical tissue parameters to optical flux measurements at the detector locations, are derived based on data generated by numerical simulation of a reference model. The reconstruction algorithm based on the reduced-order models is a few orders of magnitude faster than the one based on a finite element approximation on a fine mesh incorporating a priori anatomical information acquired by magnetic resonance imaging. We demonstrate the accuracy and speed of the approach using a phantom experiment and through numerical simulation of brain activation in a rat's head. The applicability of the approach for real-time monitoring of brain hemodynamics is demonstrated through a hypercapnic experiment. We show that our results agree with the expected physiological changes and with results of a similar experimental study. However, by using our approach, a three-dimensional tomographic reconstruction can be performed in ∼3  s per time point instead of the 1 to 2 h it takes when using the conventional finite element modeling approach

Energy consistent discontinuous Galerkin methods for a quasi-incompressible diffuse two phase flow model

We design consistent discontinuous Galerkin finite element schemes for the approximation of a quasi-incompressible two phase flow model of Allen–Cahn/Cahn–Hilliard/Navier–Stokes–Korteweg type which allows for phase transitions. We show that the scheme is mass conservative and monotonically energy dissipative. In this case the dissipation is isolated to discrete equivalents of those effects already causing dissipation on the continuous level, that is, there is no artificial numerical dissipation added into the scheme. In this sense the methods are consistent with the energy dissipation of the continuous PDE system.

Global and diffuse solar irradiances in urban and rural areas in southeast Brazil

The seasonal evolution of daily and hourly values of global and diffuse solar radiation at the surface are compared for the cities of Sao Paulo and Botucatu, both located in Southeast Brazil and representative of urban and rural areas, respectively. The comparisons are based on measurements of global and diffuse solar irradiance carried out at the surface during a six year simultaneous period in these two cities. Despite the similar latitude and altitude, the seasonal evolution of daily values indicate that Sao Paulo receives, during clear sky days, 7.8% less global irradiance in August and 5.1% less in June than Botucatu. On the other hand, Sao Paulo receives, during clear sky days, 3.6% more diffuse irradiance in August and 15.6% more in June than Botucatu. The seasonal variation of the diurnal cycle confirms these differences and indicates that they are more pronounced during the afternoon. The regional differences are related to the distance from the Atlantic Ocean, systematic penetration of the sea breeze and daytime evolution of the particulate matter in Sao Paulo. An important mechanism controlling the spatial distribution of solar radiation, on a regional scale, is the sea breeze penetration in Sao Paulo, bringing moisture and maritime aerosol that in turn further increases the solar radiation scattering due to pollution and further reduces the intensity of the direct component of solar radiation at the surface. Surprisingly, under clear sky conditions the atmospheric attenuation of solar radiation in Botucatu during winter - the biomass burning period due to the sugar cane harvest - is equivalent to that at Sao Paulo City, indicating that the contamination during sugar cane harvest in Southeast Brazil has a large impact in the solar radiation field at the surface.