Validity of an arterial pressure waveform analysis device: does the puncture site play a role in the agreement with intermittent pulmonary artery catheter thermodilution measurements?

OBJECTIVE: The measurement of cardiac output is a key element in the assessment of cardiac function. Recently, a pulse contour analysis-based device without need for calibration became available (FloTrac/Vigileo, Edwards Lifescience, Irvine, CA). This study was conducted to determine if there is an impact of the arterial catheter site and to investigate the accuracy of this system when compared with the pulmonary artery catheter using the bolus thermodilution technique (PAC). DESIGN: Prospective study. SETTING: The operating room of 1 university hospital. PARTICIPANTS: Twenty patients undergoing cardiac surgery. INTERVENTIONS: CO was determined in parallel by the use of the Flotrac/Vigileo systems in the radial and femoral position (CO_rad and CO_fem) and by PAC as the reference method. Data triplets were recorded at defined time points. The primary endpoint was the comparison of CO_rad and CO_fem, and the secondary endpoint was the comparison with the PAC. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: Seventy-eight simultaneous data recordings were obtained. The Bland-Altman analysis for CO_fem and CO_rad showed a bias of 0.46 L/min, precision was 0.85 L/min, and the percentage error was 34%. The Bland-Altman analysis for CO_rad and PAC showed a bias of -0.35 L/min, the precision was 1.88 L/min, and the percentage error was 76%. The Bland-Altman analysis for CO_fem and PAC showed a bias of 0.11 L/min, the precision was 1.8 L/min, and the percentage error was 69%. CONCLUSION: The FloTrac/Vigileo system was shown to not produce exactly the same CO data when used in radial and femoral arteries, even though the percentage error was close to the clinically acceptable range. Thus, the impact of the introduction site of the arterial catheter is not negligible. The agreement with thermodilution was low.

Seismic reflectivity of the sediment-covered seafloor: Effects of velocity gradients and fine-scale layering

Knowledge of the reflectivity of the sediment-covered seabed is of significant importance to marine seismic data acquisition and interpretation as it governs the generation of reverberations in the water layer. In this context pertinent, but largely unresolved, questions concern the importance of the typically very prominent vertical seismic velocity gradients as well as the potential presence and magnitude of anisotropy in soft surficial seabed sediments. To address these issues, we explore the seismic properties of granulometric end-member-type clastic sedimentary seabed models consisting of sand, silt, and clay as well as scale-invariant stochastic layer sequences of these components characterized by realistic vertical gradients of the P- and S-wave velocities. Using effective media theory, we then assess the nature and magnitude of seismic anisotropy associated with these models. Our results indicate that anisotropy is rather benign for P-waves, and that the S-wave velocities in the axial directions differ only slightly. Because of the very high P- to S-wave velocity ratios in the vicinity of the seabed our models nevertheless suggest that S-wave triplications may occur at very small incidence angles. To numerically evaluate the P-wave reflection coefficient of our seabed models, we apply a frequency-slowness technique to the corresponding synthetic seismic wavefields. Comparison with analytical plane-wave reflection coefficients calculated for corresponding isotropic elastic half-space models shows that the differences tend to be most pronounced in the vicinity of the elastic equivalent of the critical angle as well as in the post-critical range. We also find that the presence of intrinsic anisotropy in the clay component of our layered models tends to dramatically reduce the overall magnitude of the P-wave reflection coefficient as well as its variation with incidence angle.

Systematic weakly nonlinear analysis of radial viscous fingering

We present a weakly nonlinear analysis of the interface dynamics in a radial Hele-Shaw cell driven by both injection and rotation. We extend the systematic expansion introduced in [E. Alvarez-Lacalle et al., Phys. Rev. E 64, 016302 (2001)] to the radial geometry, and compute explicitly the first nonlinear contributions. We also find the necessary and sufficient condition for the uniform convergence of the nonlinear expansion. Within this region of convergence, the analytical predictions at low orders are compared satisfactorily to exact solutions and numerical integration of the problem. This is particularly remarkable in configurations (with no counterpart in the channel geometry) for which the interplay between injection and rotation allows that condition to be satisfied at all times. In the case of the purely centrifugal forcing we demonstrate that nonlinear couplings make the interface more unstable for lower viscosity contrast between the fluids.

Measurements of the bulk and interfacial velocity profiles in oscillating Newtonian and Maxwellian fluids

We present the dynamic velocity profiles of a Newtonian fluid (glycerol) and a viscoelastic Maxwell fluid (CPyCl-NaSal in water) driven by an oscillating pressure gradient in a vertical cylindrical pipe. The frequency range explored has been chosen to include the first three resonance peaks of the dynamic permeability of the viscoelastic-fluid¿pipe system. Three different optical measurement techniques have been employed. Laser Doppler anemometry has been used to measure the magnitude of the velocity at the center of the liquid column. Particle image velocimetry and optical deflectometry are used to determine the velocity profiles at the bulk of the liquid column and at the liquid-air interface respectively. The velocity measurements in the bulk are in good agreement with the theoretical predictions of a linear theory. The results, however, show dramatic differences in the dynamic behavior of Newtonian and viscoelastic fluids, and demonstrate the importance of resonance phenomena in viscoelastic fluid flows, biofluids in particular, in confined geometries.

Low viscosity contrast fingering in a rotating Hele-Shaw cell

We study the fingering instability of a circular interface between two immiscible liquids in a radial Hele-Shaw cell. The cell rotates around its vertical symmetry axis, and the instability is driven by the density difference between the two fluids. This kind of driving allows studying the interfacial dynamics in the particularly interesting case of an interface separating two liquids of comparable viscosity. An accurate experimental study of the number of fingers emerging from the instability reveals a slight but systematic dependence of the linear dispersion relation on the gap spacing. We show that this result is related to a modification of the interface boundary condition which incorporates stresses originated from normal velocity gradients. The early nonlinear regime shows nearly no competition between the outgrowing fingers, characteristic of low viscosity contrast flows. We perform experiments in a wide range of experimental parameters, under conditions of mass conservation (no injection), and characterize the resulting patterns by data collapses of two characteristic lengths: the radius of gyration of the pattern and the interface stretching. Deep in the nonlinear regime, the fingers which grow radially outwards stretch and become gradually thinner, to a point that the fingers pinch and emit drops. We show that the amount of liquid emitted in the first generation of drops is a constant independent of the experimental parameters. Further on there is a sharp reduction of the amount of liquid centrifugated, punctuated by periods of no observable centrifugation.

Major impact of body position on arterial stiffness indices derived from radial applanation tonometry in pregnant and non pregnant woman

Pendant la grossesse, la pression artérielle reste stable malgré une nette augmentation du volume d'éjection systolique et du débit cardiaque. Cette stabilité vient d'un côté d'une vasodilatation périphérique entraînant une diminution des résistances périphériques et d'un autre côté d'une moindre rigidité des principales artères notamment l'aorte. En conséquence, l'amplitude des ondes de pouls est atténuée, de même que leur vitesse de propagation dans le sens tant antérogade que rétrograde (ondes réfléchies). Les ondes réfléchies tendent ainsi à atteindre l'aorte ascendante plus tard durant la systole, voire durant la diastole, ce qui peut contribuer à diminuer la pression puisée. La prééclampsie perturbe massivement ce processus d'adaptation. Il s'agit d'une maladie hypertensive de la grossesse engendrant une importante morbidité et mortalité néonatale et maternelle. Il est à remarquer que la diminution de la rigidité artérielle n'est pas observée chez les patientes atteintes avec pour conséquence une forte augmentation de la pression systolique centrale (aortique) par les ondes réfléchies. Ce fait a été établi grâce à l'existence de la tonométrie d'aplanation, une méthode permettant l'évaluation non invasive de l'onde de pouls centrale. Dans cette méthode, un senseur de pression piézo-électrique permet de capter l'onde de pouls périphérique, le plus souvent sur l'artère radiale. Par la suite, un algorithme validé permet d'en déduire la forme de l'onde de pouls centrale et de visualiser à quel moment du cycle cardiaque s'y ajoutent les ondes réfléchies. Plusieurs études font état d'une forte augmentation de la pression systolique centrale par les ondes réfléchies chez les patientes atteintes de prééclampsie, suggérant l'utilisation de cette méthode pour le diagnostic et le monitoring voire pour le dépistage de ces patientes. Pour atteindre ce but, il est nécessaire d'établir des normes en rapport notamment avec l'âge gestationnel. Dans la littérature, les données pertinentes actuellement disponibles sont variables, voire contradictoires. Par exemple, les ondes réfléchies proéminentes dans la partie diastolique de l'onde de pouls centrale disparaissaient chez des patientes enceintes au 3eme trimestre comparées à des contrôles non enceintes dans une étude lausannoise, alors que deux autres études présentent l'observation contraire. Autre exemple, certains auteurs décrivent une diminution progressive de l'augmentation systolique jusqu'à l'accouchement alors que d'autres rapportent un nadir aux environs du 6ème mois, suivi d'un retour à des valeurs plus élevées en fin de grossesse. Les mesures effectuées dans toutes ces études différaient dans leur exécution, les patientes étant notamment dans des postions corporelles différentes (couchées, semi-couchées, assises, en décubitus latéral). Or nous savons que le status hémodynamique est très sensible aux changements de position, particulièrement durant la grossesse où l'utérus gravide est susceptible d'avoir des interactions mécaniques avec les veines et possiblement les artères abdominales. Ces différences méthodologiques pourraient donc expliquer, au moins en partie, l'hétérogénéité des résultats concernant l'onde de pouls chez la femme enceinte, ce qui à notre connaissance n'a jamais été exploré. Nous avons mesuré l'onde de pouls dans les positions assise et couchée chez des femmes enceintes, au 3eme trimestre d'une grossesse non compliquée, et nous avons effectué une comparaison avec des données similaire obtenues chez des femmes non enceintes en bonne santé habituelle. Les résultats montrent que la position du corps a un impact majeur sur la forme de l'onde de pouls centrale. Comparée à la position assise, la position couchée se caractérise par une moindre augmentation systolique et, par contraste, une augmentation diastolique plus marquée. De manière inattendue, cet effet s'observe aussi bien en présence qu'en l'absence de grossesse, suggérant que la cause première n'en réside pas dans les interactions mécaniques de l'utérus gravide avec les vaisseaux sanguins abdominaux. Nos observations pourraient par contre être expliquées par l'influence de la position du corps, via un phénomène hydrostatique simple, sur la pression transmurale des artères éloignées du coeur, tout particulièrement celles des membres inférieurs et de l'étage abdominal. En position verticale, ces vaisseaux augmenteraient leur rigidité pour résister à la distension de leur paroi, ce qui y accroîtrait la vitesse de propagation des ondes de pression. En l'état, cette explication reste hypothétique. Mais quoi qu'il en soit, nos résultats expliquent certaines discordances entre les études conduites à ce jour pour caractériser l'influence de la grossesse physiologique sur la forme de l'onde de pouls central. De plus, ils indiquent que la position du corps doit être prise en compte lors de toute investigation utilisant la tonométrie d'applanation pour déterminer la rigidité des artères chez les jeunes femmes enceintes ou non. Il sera aussi nécessaire d'en tenir compte pour établir des normes en vue d'une utilisation de la tonométrie d'aplanation pour dépister ou suivre les patientes atteintes de prééclampsie. Il serait enfin intéressant d'évaluer si l'effet de la position sur la forme de l'onde de pouls central existe également dans l'autre sexe et chez des personnes plus âgées.

Brownian motion of multidimensional systems in nonpotential velocity-dependent fields of force

We study the Brownian motion in velocity-dependent fields of force. Our main result is a Smoluchowski equation valid for moderate to high damping constants. We derive that equation by perturbative solution of the Langevin equation and using functional derivative techniques.

Algebraic decay of velocity fluctuations in a confined fluid

Computer simulations of a colloidal particle suspended in a fluid confined by rigid walls show that, at long times, the velocity correlation function decays with a negative algebraic tail. The exponent depends on the confining geometry, rather than the spatial dimensionality. We can account for the tail by using a simple mode-coupling theory which exploits the fact that the sound wave generated by a moving particle becomes diffusive.

Self and cross-velocity correlation functions and diffusion coefficients in liquids: a molecular dynamics study of binary mixtures of soft spheres

Molecular dynamics simulation is applied to the study of the diffusion properties in binary liquid mixtures made up of soft-sphere particles with different sizes and masses. Self- and distinct velocity correlation functions and related diffusion coefficients have been calculated. Special attention has been paid to the dynamic cross correlations which have been computed through recently introduced relative mean molecular velocity correlation functions which are independent on the reference frame. The differences between the distinct velocity correlations and diffusion coefficients in different reference frames (mass-fixed, number-fixed, and solvent-fixed) are discussed.

Velocity cross-correlations and atomic momentum transfer in simple liquids with different potential cores

Time correlation functions between the velocity of a tagged particle and velocities of particles within specified ranges of initial separations have been obtained by molecular dynamics simulation. These correlation functions have allowed us to analyze the momentum transfer between particles in different coordination shells. Two simple liquids at very different densities and two purely repulsive potentials with very different softnesses have been considered. The longitudinal correlations, which are the velocity cross-correlations along the initial direction defined by the centers of two given particles, have been calculated separately. It has been proven that these correlations should be attributed to particles both in front of and behind the central one. As with propagating longitudinal modes, they are strongly dependent on the softness of the potential core. Some characteristic features of the velocity correlation functions after the initial rise should be related to nonlongitudinal correlations. It has been shown that velocity cross-correlations between distinct particles cannot only be attributed to the direct interactions among particles, but also to the motions induced by the movement of a tagged particle on their neighbors.

Bilateral symmetry of radial pulse in high-level tennis players : implications for the validity of central aortic pulse wave analysis

Rapport de synthèse Ce travail de thèse s'articule autour de l'importance de l'évaluation de la fonction vasculaire et des répercussions au niveau central, cardiaque, des perturbations du réseau vasculaire. Les maladies cardiovasculaires sont prédominantes dans notre société et causes de morbidité et mortalité importante. La mesure de la pression artérielle classique reste le moyen le plus utilisé pour suivre la santé des vaisseaux, mais ne reflète pas directement ce qui se passe au niveau du coeur. La tonométrie d'aplanation permet depuis quelques années de mesurer l'onde de pouls radial, et par le biais d'une fonction mathématique de transfert validée, il est possible d'en déduire la forme et Γ amplitude de l'onde de pouls central, donc de la pression aortique centrale. Cette dernière est un reflet bien plus direct de la post-charge cardiaque, et de nombreuses études cliniques actuelles s'intéressent à cette mesure pour stratifier le risque ou évaluer l'effet d'un traitement vasculaire. Toutefois, bien que cet outil soit de plus en plus utilisé, il est rarement précisé si la latéralité de la mesure joue un rôle, sachant que certaines propriétés des membres supérieurs peuvent être affectées par un usage préférentiel (masse musculaire, densité osseuse, diamètre des artères, capillarisation musculaire, et même fonction endothéliale). On a en effet observé que ces divers paramètre étaient tous augmentés sur un bras entraîné. Dès lors on peut se poser la question de l'influence de ces adaptations physiologiques sur la mesure indirecte effectuée par le biais du pouls radial. Nous avons investigué les deux membres supérieurs de sujets jeunes et sédentaires (SED), ainsi que ceux de sujets sportifs avec un développement fortement asymétrique des bras, soit des joueurs de tennis de haut niveau (TEN). Des mesures anthropométriques incluant la composition corporelle et la circonférence des bras et avant-bras ont montré que TEN présente une asymétrie hautement significative aux deux mesures entre le bras dominant (entraîné) et l'autre, ce qui est aussi présent pour la force de serrage (mesurée au dynamomètre de Jamar). L'analyse des courbes centrales de pouls ne montre aucune différence entre les deux membres dans chaque groupe, par contre on peut observer une différence entre SED et TEN, avec un index d'augmentation diastolique qui est 50 % plus élevé chez TEN. Les index d'augmentation systolique sont identiques dans les deux groupes. On peut retenir de cette étude la validité de la méthode de tonométrie d'aplanation quel que soit le bras utilisé (dominant ou non-dominant) et ce même si une asymétrie conséquente est présente. Ces données sont clairement nouvelles et permettent de s'affranchir de cette variable dans la mesure d'un paramètre cardiovasculaire dont l'importance est actuellement grandissante. Les différences d'index diastolique sont expliquées par la fréquence cardiaque et la vitesse de conduction de l'onde de pouls plus basses chez TEN, causant un retard diastolique du retour de l'onde au niveau central, phénomène précédemment bien décrit dans la littérature.

Estimation of the correlation structure of crustal velocity heterogeneity from seismic reflection data

Numerous sources of evidence point to the fact that heterogeneity within the Earth's deep crystalline crust is complex and hence may be best described through stochastic rather than deterministic approaches. As seismic reflection imaging arguably offers the best means of sampling deep crustal rocks in situ, much interest has been expressed in using such data to characterize the stochastic nature of crustal heterogeneity. Previous work on this problem has shown that the spatial statistics of seismic reflection data are indeed related to those of the underlying heterogeneous seismic velocity distribution. As of yet, however, the nature of this relationship has remained elusive due to the fact that most of the work was either strictly empirical or based on incorrect methodological approaches. Here, we introduce a conceptual model, based on the assumption of weak scattering, that allows us to quantitatively link the second-order statistics of a 2-D seismic velocity distribution with those of the corresponding processed and depth-migrated seismic reflection image. We then perform a sensitivity study in order to investigate what information regarding the stochastic model parameters describing crustal velocity heterogeneity might potentially be recovered from the statistics of a seismic reflection image using this model. Finally, we present a Monte Carlo inversion strategy to estimate these parameters and we show examples of its application at two different source frequencies and using two different sets of prior information. Our results indicate that the inverse problem is inherently non-unique and that many different combinations of the vertical and lateral correlation lengths describing the velocity heterogeneity can yield seismic images with the same 2-D autocorrelation structure. The ratio of all of these possible combinations of vertical and lateral correlation lengths, however, remains roughly constant which indicates that, without additional prior information, the aspect ratio is the only parameter describing the stochastic seismic velocity structure that can be reliably recovered.