Coltop3D: A new software for structural analysis with high resolution 3D point clouds and DEM

Coltop3D is a software that performs structural analysis by using digital elevation model (DEM) and 3D point clouds acquired with terrestrial laser scanners. A color representation merging slope aspect and slope angle is used in order to obtain a unique code of color for each orientation of a local slope. Thus a continuous planar structure appears in a unique color. Several tools are included to create stereonets, to draw traces of discontinuities, or to compute automatically density stereonet. Examples are shown to demonstrate the efficiency of the method.

A survey on recent p-adic integration theories and arithmetic applications

"Vegeu el resum a l'inici del document del fitxer adjunt."

Stochastic time-concentration activity models for cytotoxicity in 3D brain cell cultures.

BACKGROUND: In vitro aggregating brain cell cultures containing all types of brain cells have been shown to be useful for neurotoxicological investigations. The cultures are used for the detection of nervous system-specific effects of compounds by measuring multiple endpoints, including changes in enzyme activities. Concentration-dependent neurotoxicity is determined at several time points. METHODS: A Markov model was set up to describe the dynamics of brain cell populations exposed to potentially neurotoxic compounds. Brain cells were assumed to be either in a healthy or stressed state, with only stressed cells being susceptible to cell death. Cells may have switched between these states or died with concentration-dependent transition rates. Since cell numbers were not directly measurable, intracellular lactate dehydrogenase (LDH) activity was used as a surrogate. Assuming that changes in cell numbers are proportional to changes in intracellular LDH activity, stochastic enzyme activity models were derived. Maximum likelihood and least squares regression techniques were applied for estimation of the transition rates. Likelihood ratio tests were performed to test hypotheses about the transition rates. Simulation studies were used to investigate the performance of the transition rate estimators and to analyze the error rates of the likelihood ratio tests. The stochastic time-concentration activity model was applied to intracellular LDH activity measurements after 7 and 14 days of continuous exposure to propofol. The model describes transitions from healthy to stressed cells and from stressed cells to death. RESULTS: The model predicted that propofol would affect stressed cells more than healthy cells. Increasing propofol concentration from 10 to 100 μM reduced the mean waiting time for transition to the stressed state by 50%, from 14 to 7 days, whereas the mean duration to cellular death reduced more dramatically from 2.7 days to 6.5 hours. CONCLUSION: The proposed stochastic modeling approach can be used to discriminate between different biological hypotheses regarding the effect of a compound on the transition rates. The effects of different compounds on the transition rate estimates can be quantitatively compared. Data can be extrapolated at late measurement time points to investigate whether costs and time-consuming long-term experiments could possibly be eliminated.

Evaluation of the 3D symmetry of the knees when walking using na ambulatory inertia system: results 14 months after ACL Plasty.

Purpose of the study: Reconstruction of the anterior cruciate ligament (ACL) controls laxity but does not enable restoration of strictly normal 3D kinematics. The purpose of this study was to compare the kinematics of the pathological knee with that of the healthy knee after ACL plasty. This study applied a new ambulatory system using miniature captors. Material and method: Five patients with an isolated injury of the ACL participated in this study. The patients were assessed after injury (T1), at five months (T2), and at 14 months (T3) after surgery. The assessment included laxity (KT-1000), the IKDC score and the Lysholm score. The 3D angles of the knees were measured when walking 30 m on flat ground using a system composed of to small inertia units (3D accelerometer and 3D gyroscope) and a portable recorder. Functional settings were optimised and validating to ensure easy precise measurement of the 3D angles. Symmetry of the two knees was quantified using a symmetry index (SI) (difference in amplitude normalised in relation to mean amplitude) and the correlation coefficient CC. Results: Clinical indicators improved during the follow-up (IKDC T1: 3C, 2C; T2: 5B; T3: 2A, 3B; subjective IKD: 53-95; Lysholm 67-96). Mean laxity improved from 8.6m to 2.5 mm. The gait analysis showed increased symmetry in terms of amplitude for flexion-extension (SI: −17% at T1, −1% at T2, 1% at T3), and an increase in symmetry in terms of the rotation signature (CC: 0.16 at T1, 0.99 at T2, 0.99 at T3). There was no trend to varus-valgus. Discussion: This study demonstrates the clinical application of the new ambulatory system for measuring 3D angles of the knee joint. Joint symmetry increased after ACL plasty but still showed some perturbation at 14 months. The results observed here are in agreement with the literature. Other patients and other types of gait are being analysed. Conclusion: This portable system allows gait analysis outside the laboratory, before and after ACL injury. It is very useful for follow-up after surgery.

Simulation des caractéristiques ECG du syndrome de Brugada à l'aide d'un programme de modélisation 3D

Introduction : Le syndrome de Brugada, décrit en 1992 par Pedro et Josep Brugada, est un syndrome cardiaque caractérisé par un sus-décalage particulier du segment ST associé à un bloc de branche droit atypique au niveau des dérivations ECG V1 à V3. Les altérations ECG du syndrome de Brugada sont classifiées en 3 types dont seul le type 1 est diagnostique. Les mécanismes physiopathologiques exacts de ce syndrome sont pour le moment encore controversés. Plusieurs hypothèses sont proposées dans la littérature dont deux principales retiennent l'attention : 1) le modèle du trouble de repolarisation stipule des potentiels d'action réduits en durée et en amplitude liés à un changement de répartition de canaux potassiques 2) le modèle du trouble de dépolarisation spécifie un retard de conduction se traduisant par une dépolarisation retardée. Dans le STEMI, un sus-décalage ST ressemblant à celui du syndrome de Brugada est expliqué par deux théories : 1) le courant de lésion diastolique suggère une élévation du potentiel diastolique transformé artificiellement en sus-décalage ST par les filtres utilisés dans tous les appareils ECG.¦Objectif : Recréer les manifestations ECG du syndrome de Brugada en appliquant les modifications du potentiel d'action des cardiomyocytes rapportées dans la littérature.¦Méthode : Pour ce travail, nous avons utilisé "ECGsim", un simulateur informatique réaliste d'ECG disponible gratuitement sur www.ecgsim.org. Ce programme est basé sur une reconstruction de l'ECG de surface à l'aide de 1500 noeuds représentant chacun les potentiels d'action des ventricules droit et gauche, épicardiques et endocardiques. L'ECG simulé peut être donc vu comme l'intégration de l'ensemble de ces potentiels d'action en tenant compte des propriétés de conductivité des tissus s'interposant entre les électrodes de surface et le coeur. Dans ce programme, nous avons définit trois zones, de taille différente, comprenant la chambre de chasse du ventricule droit. Pour chaque zone, nous avons reproduit les modifications des potentiels d'action citées dans les modèles du trouble de repolarisation et de dépolarisation et des théories de courant de lésion systolique et diastolique. Nous avons utilisé, en plus des douze dérivations habituelles, une électrode positionnée en V2IC3 (i.e. 3ème espace intercostal) sur le thorax virtuel du programme ECGsim.¦Résultats : Pour des raisons techniques, le modèle du trouble de repolarisation n'a pas pu être entièrement réalisée dans ce travail. Le modèle du trouble de dépolarisation ne reproduit pas d'altération de type Brugada mais un bloc de branche droit plus ou moins complet. Le courant de lésion diastolique permet d'obtenir un sus-décalage ST en augmentant le potentiel diastolique épicardique des cardiomyocytes de la chambre de chasse du ventricule droit. Une inversion de l'onde T apparaît lorsque la durée du potentiel d'action est prolongée. L'amplitude du sus-décalage ST dépend de la valeur du potentiel diastolique, de la taille de la lésion et de sa localisation épicardique ou transmurale. Le courant de lésion systolique n'entraîne pas de sus-décalage ST mais accentue l'amplitude de l'onde T.¦Discussion et conclusion : Dans ce travail, l'élévation du potentiel diastolique avec un prolongement de la durée du potentiel d'action est la combinaison qui reproduit le mieux les altérations ECG du Brugada. Une persistance de cellules de type nodal au niveau de la chambre de chasse du ventricule droit pourrait être une explication à ces modifications particulières du potentiel d'action. Le risque d'arythmie dans la Brugada pourrait également être expliqué par une automaticité anormale des cellules de type nodal. Ainsi, des altérations des mécanismes cellulaires impliqués dans le maintien du potentiel diastolique pourraient être présentes dans le syndrome de Brugada, ce qui, à notre connaissance, n'a jamais été rapporté dans la littérature.

Comparability of clinical wear measurements by optical 3D laser scanning in two different centers.

OBJECTIVE: The purpose of this study was to compare the use of different variables to measure the clinical wear of two denture tooth materials in two analysis centers. METHODS: Twelve edentulous patients were provided with full dentures. Two different denture tooth materials (experimental material and control) were placed randomly in accordance with the split-mouth design. For wear measurements, impressions were made after an adjustment phase of 1-2 weeks and after 6, 12, 18, and 24 months. The occlusal wear of the posterior denture teeth of 11 subjects was assessed in two study centers by use of plaster replicas and 3D laser-scanning methods. In both centers sequential scans of the occlusal surfaces were digitized and superimposed. Wear was described by use of four different variables. Statistical analysis was performed after log-transformation of the wear data by use of the Pearson and Lin correlation and by use of a mixed linear model. RESULTS: Mean occlusal vertical wear of the denture teeth after 24 months was between 120μm and 212μm, depending on wear variable and material. For three of the four variables, wear of the experimental material was statistically significantly less than that of the control. Comparison of the two study centers, however, revealed correlation of the wear variables was only moderate whereas strong correlation was observed among the different wear variables evaluated by each center. SIGNIFICANCE: Moderate correlation was observed for clinical wear measurements by optical 3D laser scanning in two different study centers. For the two denture tooth materials, wear measurements limited to the attrition zones led to the same qualitative assessment.

Integration of Trypanosoma cruzi kDNA minicircle sequence in the host genome may be associated with autoimmune serum factors in Chagas disease patients

Integration of kDNA sequences within the genome of the host cell shown by PCR amplification with primers to the conserved Trypanosoma cruzi kDNA minicircle sequence was confirmed by Southern hybridization with specific probes. The cells containing the integrated kDNA sequences were then perpetuated as transfected macrophage subclonal lines. The kDNA transfected macrophages expressed membrane antigens that were recognized by antibodies in a panel of sera from ten patients with chronic Chagas disease. These antigens barely expressed in the membrane of uninfected, control macrophage clonal lines were recognized neither by factors in the control, non-chagasic subjects nor in the chagasic sera. This finding suggests the presence of an autoimmune antibody in the chagasic sera that recognizes auto-antigens in the membrane of T. cruzi kDNA transfected macrophage subclonal lines.

Quantitative integration of geophysical and hydraulic data : from the local towards the regional scale range

Des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de l'intégration quantitative des données géophysique et hydrologique l'échelle locale. Cependant, l'extension à de plus grandes échelles des approches correspondantes constitue encore un défi majeur. Il est néanmoins extrêmement important de relever ce défi pour développer des modèles fiables de flux des eaux souterraines et de transport de contaminant. Pour résoudre ce problème, j'ai développé une technique d'intégration des données hydrogéophysiques basée sur une procédure bayésienne de simulation séquentielle en deux étapes. Cette procédure vise des problèmes à plus grande échelle. L'objectif est de simuler la distribution d'un paramètre hydraulique cible à partir, d'une part, de mesures d'un paramètre géophysique pertinent qui couvrent l'espace de manière exhaustive, mais avec une faible résolution (spatiale) et, d'autre part, de mesures locales de très haute résolution des mêmes paramètres géophysique et hydraulique. Pour cela, mon algorithme lie dans un premier temps les données géophysiques de faible et de haute résolution à travers une procédure de réduction déchelle. Les données géophysiques régionales réduites sont ensuite reliées au champ du paramètre hydraulique à haute résolution. J'illustre d'abord l'application de cette nouvelle approche dintégration des données à une base de données synthétiques réaliste. Celle-ci est constituée de mesures de conductivité hydraulique et électrique de haute résolution réalisées dans les mêmes forages ainsi que destimations des conductivités électriques obtenues à partir de mesures de tomographic de résistivité électrique (ERT) sur l'ensemble de l'espace. Ces dernières mesures ont une faible résolution spatiale. La viabilité globale de cette méthode est testée en effectuant les simulations de flux et de transport au travers du modèle original du champ de conductivité hydraulique ainsi que du modèle simulé. Les simulations sont alors comparées. Les résultats obtenus indiquent que la procédure dintégration des données proposée permet d'obtenir des estimations de la conductivité en adéquation avec la structure à grande échelle ainsi que des predictions fiables des caractéristiques de transports sur des distances de moyenne à grande échelle. Les résultats correspondant au scénario de terrain indiquent que l'approche d'intégration des données nouvellement mise au point est capable d'appréhender correctement les hétérogénéitées à petite échelle aussi bien que les tendances à gande échelle du champ hydraulique prévalent. Les résultats montrent également une flexibilté remarquable et une robustesse de cette nouvelle approche dintégration des données. De ce fait, elle est susceptible d'être appliquée à un large éventail de données géophysiques et hydrologiques, à toutes les gammes déchelles. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'évalue en détail la viabilité du réechantillonnage geostatique séquentiel comme mécanisme de proposition pour les méthodes Markov Chain Monte Carlo (MCMC) appliquées à des probmes inverses géophysiques et hydrologiques de grande dimension . L'objectif est de permettre une quantification plus précise et plus réaliste des incertitudes associées aux modèles obtenus. En considérant une série dexemples de tomographic radar puits à puits, j'étudie deux classes de stratégies de rééchantillonnage spatial en considérant leur habilité à générer efficacement et précisément des réalisations de la distribution postérieure bayésienne. Les résultats obtenus montrent que, malgré sa popularité, le réechantillonnage séquentiel est plutôt inefficace à générer des échantillons postérieurs indépendants pour des études de cas synthétiques réalistes, notamment pour le cas assez communs et importants où il existe de fortes corrélations spatiales entre le modèle et les paramètres. Pour résoudre ce problème, j'ai développé un nouvelle approche de perturbation basée sur une déformation progressive. Cette approche est flexible en ce qui concerne le nombre de paramètres du modèle et lintensité de la perturbation. Par rapport au rééchantillonage séquentiel, cette nouvelle approche s'avère être très efficace pour diminuer le nombre requis d'itérations pour générer des échantillons indépendants à partir de la distribution postérieure bayésienne. - Significant progress has been made with regard to the quantitative integration of geophysical and hydrological data at the local scale. However, extending corresponding approaches beyond the local scale still represents a major challenge, yet is critically important for the development of reliable groundwater flow and contaminant transport models. To address this issue, I have developed a hydrogeophysical data integration technique based on a two-step Bayesian sequential simulation procedure that is specifically targeted towards larger-scale problems. The objective is to simulate the distribution of a target hydraulic parameter based on spatially exhaustive, but poorly resolved, measurements of a pertinent geophysical parameter and locally highly resolved, but spatially sparse, measurements of the considered geophysical and hydraulic parameters. To this end, my algorithm links the low- and high-resolution geophysical data via a downscaling procedure before relating the downscaled regional-scale geophysical data to the high-resolution hydraulic parameter field. I first illustrate the application of this novel data integration approach to a realistic synthetic database consisting of collocated high-resolution borehole measurements of the hydraulic and electrical conductivities and spatially exhaustive, low-resolution electrical conductivity estimates obtained from electrical resistivity tomography (ERT). The overall viability of this method is tested and verified by performing and comparing flow and transport simulations through the original and simulated hydraulic conductivity fields. The corresponding results indicate that the proposed data integration procedure does indeed allow for obtaining faithful estimates of the larger-scale hydraulic conductivity structure and reliable predictions of the transport characteristics over medium- to regional-scale distances. The approach is then applied to a corresponding field scenario consisting of collocated high- resolution measurements of the electrical conductivity, as measured using a cone penetrometer testing (CPT) system, and the hydraulic conductivity, as estimated from electromagnetic flowmeter and slug test measurements, in combination with spatially exhaustive low-resolution electrical conductivity estimates obtained from surface-based electrical resistivity tomography (ERT). The corresponding results indicate that the newly developed data integration approach is indeed capable of adequately capturing both the small-scale heterogeneity as well as the larger-scale trend of the prevailing hydraulic conductivity field. The results also indicate that this novel data integration approach is remarkably flexible and robust and hence can be expected to be applicable to a wide range of geophysical and hydrological data at all scale ranges. In the second part of my thesis, I evaluate in detail the viability of sequential geostatistical resampling as a proposal mechanism for Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods applied to high-dimensional geophysical and hydrological inverse problems in order to allow for a more accurate and realistic quantification of the uncertainty associated with the thus inferred models. Focusing on a series of pertinent crosshole georadar tomographic examples, I investigated two classes of geostatistical resampling strategies with regard to their ability to efficiently and accurately generate independent realizations from the Bayesian posterior distribution. The corresponding results indicate that, despite its popularity, sequential resampling is rather inefficient at drawing independent posterior samples for realistic synthetic case studies, notably for the practically common and important scenario of pronounced spatial correlation between model parameters. To address this issue, I have developed a new gradual-deformation-based perturbation approach, which is flexible with regard to the number of model parameters as well as the perturbation strength. Compared to sequential resampling, this newly proposed approach was proven to be highly effective in decreasing the number of iterations required for drawing independent samples from the Bayesian posterior distribution.

Development of spatial integration depends on top-down and interhemispheric connections that can be perturbed in migraine: a DCM analysis.

In humans, spatial integration develops slowly, continuing through childhood into adolescence. On the assumption that this protracted course depends on the formation of networks with slowly developing top-down connections, we compared effective connectivity in the visual cortex between 13 children (age 7-13) and 14 adults (age 21-42) using a passive perceptual task. The subjects were scanned while viewing bilateral gratings, which either obeyed Gestalt grouping rules [colinear gratings (CG)] or violated them [non-colinear gratings (NG)]. The regions of interest for dynamic causal modeling were determined from activations in functional MRI contrasts stimuli > background and CG > NG. They were symmetrically located in V1 and V3v areas of both hemispheres. We studied a common model, which contained reciprocal intrinsic and modulatory connections between these regions. An analysis of effective connectivity showed that top-down modulatory effects generated at an extrastriate level and interhemispheric modulatory effects between primary visual areas (all inhibitory) are significantly weaker in children than in adults, suggesting that the formation of feedback and interhemispheric effective connections continues into adolescence. These results are consistent with a model in which spatial integration at an extrastriate level results in top-down messages to the primary visual areas, where they are supplemented by lateral (interhemispheric) messages, making perceptual encoding more efficient and less redundant. Abnormal formation of top-down inhibitory connections can lead to the reduction of habituation observed in migraine patients.