Pulse wave amplitude drops during sleep are reliable surrogate markers of changes in cortical activity

Rapport de synthèseLe syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie respiratoire fréquente. Sa prévalence est estimée entre 2 et 5% de la population adulte générale. Ses conséquences sont importantes. Notamment, une somnolence diurne, des troubles de la concentration, des troubles de la mémoire et une augmentation du risque d'accident de la route et du travail. Il représente également un facteur de risque cardiovasculaire indépendant.Ce syndrome est caractérisé par la survenue durant le sommeil d'obstructions répétées des voies aériennes supérieures. L'arrêt ou la diminution d'apport en oxygène vers les poumons entraîne des épisodes de diminution de la saturation en oxygène de l'hémoglobine. Les efforts ventilatoires visant à lever l'obstacle présent sur les voies aériennes causent de fréquents réveils à l'origine d'une fragmentation du sommeil.La polysomnographie (PSG) représente le moyen diagnostic de choix. Il consiste en l'enregistrement dans un laboratoire du sommeil et en présence d'un technicien diplômé, du tracé électroencéphalographique (EEG), de l'électrooculogramme (EOG), de l'électromyogramme mentonnier (EMG), du flux respiratoire nasal, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de l'électrocardiogramme (ECG), des mouvements thoraciques et abdominaux, de la position du corps et des mouvements des jambes. L'examen est filmé par caméra infrarouge et les sons sont enregistrés.Cet examen permet entre autres mesures, de déterminer les événements respiratoires obstructifs nécessaires au diagnostic de syndrome d'apnée du sommeil. On définit une apnée lors d'arrêt complet du débit aérien durant au moins 10 secondes et une hypopnée en cas, soit de diminution franche de l'amplitude du flux respiratoire supérieure à 50% durant au moins 10 secondes, soit de diminution significative (20%) de l'amplitude du flux respiratoire pendant au minimum 10 secondes associée à un micro-éveil ou à une désaturation d'au moins 3% par rapport à la ligne de base. La détection des micro-éveils se fait en utilisant les dérivations électroencéphalographiques, électromyographiques et électrooculographiques. Il existe des critères visuels de reconnaissance de ces éveils transitoire: apparition de rythme alpha (8.1 à 12.0 Hz) ou beta (16 à 30 Hz) d'une durée supérieure à 3 secondes [20-21].Le diagnostic de S AOS est retenu si l'on retrouve plus de 5 événements respiratoires obstructifs par heure de sommeil associés soit à une somnolence diurne évaluée selon le score d'Epworth ou à au moins 2 symptômes parmi les suivants: sommeil non réparateur, étouffements nocturne, éveils multiples, fatigue, troubles de la concentration. Le S AOS est gradué en fonction du nombre d'événements obstructifs par heure de sommeil en léger (5 à 15), modéré (15 à 30) et sévère (>30).La polysomnographie (PSG) comporte plusieurs inconvénients pratiques. En effet, elle doit être réalisée dans un laboratoire du sommeil avec la présence permanente d'un technicien, limitant ainsi son accessibilité et entraînant des délais diagnostiques et thérapeutiques. Pour ces mêmes raisons, il s'agit d'un examen onéreux.La polygraphie respiratoire (PG) représente l'alternative diagnostique au gold standard qu'est l'examen polysomnographique. Cet examen consiste en l'enregistrement en ambulatoire, à savoir au domicile du patient, du flux nasalrespiratoire, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de la position du corps et du ronflement (par mesure de pression).En raison de sa sensibilité et sa spécificité moindre, la PG reste recommandée uniquement en cas de forte probabilité de SAOS. Il existe deux raisons principales à l'origine de la moindre sensibilité de l'examen polygraphique. D'une part, du fait que l'état de veille ou de sommeil n'est pas déterminé avec précision, il y a dilution des événements respiratoires sur l'ensemble de l'enregistrement et non sur la période de sommeil uniquement. D'autre part, en l'absence de tracé EEG, la quantification des micro-éveils est impossible. Il n'est donc pas possible dans l'examen poly graphique, de reconnaître une hypopnée en cas de diminution de flux respiratoire de 20 à 50% non associée à un épisode de désaturation de l'hémoglobine de 3% au moins. Alors que dans l'examen polysomnographique, une telle diminution du flux respiratoire pourrait être associée à un micro-éveil et ainsi comptabilisée en tant qu'hypopnée.De ce constat est né la volonté de trouver un équivalent de micro-éveil en polygraphie, en utilisant les signaux à disposition, afin d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique.Or plusieurs études ont démontrés que les micro-éveils sont associés à des réactions du système nerveux autonome. Lors des micro-éveils, on met en évidence la survenue d'une vasoconstriction périphérique. La variation du tonus sympathique associée aux micro-éveils peut être mesurée par différentes méthodes. Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie représentant un marqueur fiable de la vasoconstriction périphérique associée aux micro-réveils, il paraît donc opportun d'utiliser ce marqueur autonomique disponible sur le tracé des polygraphies ambulatoires afin de renforcer la sensibilité de cet examen.Le but de l'étude est d'évaluer la sensibilité des variations de l'amplitude de l'onde de pouls pour détecter des micro-réveils corticaux afin de trouver un moyen d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique et de renforcer ainsi sont pouvoir diagnostic.L'objectif est de démontrer qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde pouls est concomitante à une activation corticale correspondant à un micro¬réveil. Cette constatation pourrait permettre de déterminer une hypopnée, en polygraphie, par une diminution de 20 à 50% du flux respiratoire sans désaturation de 3% mais associée à une baisse significative de l'amplitude de pouls en postulant que l'événement respiratoire a entraîné un micro-réveil. On retrouve par cette méthode les mêmes critères de scoring d'événements respiratoires en polygraphie et en polysomnographie, et l'on renforce la sensibilité de la polygraphie par rapport au gold standard polysomnographique.La méthode consiste à montrer en polysomnographie qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie est associée à une activation du signal électroencéphalographique, en réalisant une analyse spectrale du tracé EEG lors des baisses d'amplitude du signal d'onde de pouls.Pour ce faire nous avons réalisé une étude rétrospective sur plus de 1000 diminutions de l'amplitude de l'onde de pouls sur les tracés de 10 sujets choisis de manière aléatoire parmi les patients référés dans notre centre du sommeil (CIRS) pour suspicion de trouble respiratoire du sommeil avec somnolence ou symptomatologie diurne.Les enregistrements nocturnes ont été effectués de manière standard dans des chambres individuelles en utilisant le système d'acquisition Embla avec l'ensemble des capteurs habituels. Les données ont été par la suite visuellement analysées et mesurées en utilisant le software Somnologica version 5.1, qui fournit un signal de l'amplitude de l'onde de pouls (puise wave amplitude - PWA).Dans un premier temps, un technicien du sommeil a réalisé une analyse visuelle du tracé EEG, en l'absence des données du signal d'amplitude d'onde de pouls. Il a déterminé les phases d'éveil et de sommeil, les stades du sommeil et les micro¬éveils selon les critères standards. Les micro-éveils sont définis lors d'un changement abrupt dans la fréquence de l'EEG avec un pattern d'ondes thêta-alpha et/ou une fréquence supérieure à 16 Hz (en l'absence de fuseau) d'une durée d'au minimum trois secondes. Si cette durée excède quinze secondes, l'événement correspond à un réveil.Puis, deux investigateurs ont analysé le signal d'amplitude d'onde de pouls, en masquant les données du tracé EEG qui inclut les micro-éveils. L'amplitude d'onde de pouls est calculée comme la différence de valeur entre le zénith et le nadir de l'onde pour chaque cycle cardiaque. Pour chaque baisse de l'amplitude d'onde de pouls, la plus grande et la plus petite amplitude sont déterminées et le pourcentage de baisse est calculé comme le rapport entre ces deux amplitudes. On retient de manière arbitraire une baisse d'au moins 20% comme étant significative. Cette limite a été choisie pour des raisons pratiques et cliniques, dès lors qu'elle représentait, à notre sens, la baisse minimale identifiable à l'inspection visuelle. Chaque baisse de PWA retenue est divisée en 5 périodes contiguës de cinq secondes chacune. Deux avant, une pendant et deux après la baisse de PWA.Pour chaque période de cinq secondes, on a pratiqué une analyse spectrale du tracé EEG correspondant. Le canal EEG C4-A1 est analysé en utilisant la transformée rapide de Fourier (FFT) pour chaque baisse de PWA et pour chaque période de cinq secondes avec une résolution de 0.2 Hz. La distribution spectrale est catégorisée dans chaque bande de fréquence: delta (0.5 à 4.0 Hz); thêta (4.1 à 8.0Hz); alpha (8.1 à 12.0 Hz); sigma (12.1 à 16 Hz) et beta (16.1 à 30.0 Hz). La densité de puissance (power density, en μΥ2 ) pour chaque bande de fréquence a été calculée et normalisée en tant que pourcentage de la puissance totale. On a déterminé, ensuite, la différence de densité de puissance entre les 5 périodes par ANOVA on the rank. Un test post hoc Tukey est été utilisé pour déterminer si les différences de densité de puissance étaient significatives. Les calculs ont été effectués à l'aide du software Sigmastat version 3.0 (Systat Software San Jose, California, USA).Le principal résultat obtenu dans cette étude est d'avoir montré une augmentation significative de la densité de puissance de l'EEG pour toutes les bandes de fréquence durant la baisse de l'amplitude de l'onde de pouls par rapport à la période avant et après la baisse. Cette augmentation est par ailleurs retrouvée dans la plupart des bande de fréquence en l'absence de micro-réveil visuellement identifié.Ce résultat témoigné donc d'une activation corticale significative associée à la diminution de l'onde de pouls. Ce résulat pourrait permettre d'utiliser les variations de l'onde de pouls dans les tracés de polygraphie comme marqueur d'une activation corticale. Cependant on peut dire que ce marqueur est plus sensible que l'analyse visuelle du tracé EEG par un technicien puisque qu'on notait une augmentation de lactivité corticale y compris en l'absence de micro-réveil visuellement identifié. L'application pratique de ces résultats nécessite donc une étude prospective complémentaire.

Importance of polyethylene thickness in total shoulder arthroplasty: a finite element analysis.

BACKGROUND: Articular surfaces reconstruction is essential in total shoulder arthroplasty. Because of the limited glenoid bone support, thin glenoid component could improve anatomical reconstruction, but adverse mechanical effects might appear. METHODS: With a numerical musculoskeletal shoulder model, we analysed and compared three values of thickness of a typical all-polyethylene glenoid component: 2, 4 (reference) and 6mm. A loaded movement of abduction in the scapular plane was simulated. We evaluated the humeral head translation, the muscle moment arms, the joint force, the articular contact pattern, and the polyethylene and cement stress. Findings Decreasing polyethylene thickness from 6 to 2mm slightly increased humeral head translation and muscle moment arms. This induced a small decreased of the joint reaction force, but important increase of stress within the polyethylene and the cement mantel. Interpretation The reference thickness of 4mm seems a good compromise to avoid stress concentration and joint stuffing.

Nonlinear Finite Element Study of Piles in Integral Abutment Bridges, HR-227, Part 2, 1982

The highway departments of the states which use integral abutments in bridge design were contacted in order to study the extent of integral abutment use in skewed bridges and to survey the different guidelines used for analysis and design of integral abutments in skewed bridges. The variation in design assumptions and pile orientations among the various states in their approach to the use of integral abutments on skewed bridges is discussed. The problems associated with the treatment of the approach slab, backfill, and pile cap, and the reason for using different pile orientations are summarized in the report. An algorithm based on a state-of-the-art nonlinear finite element procedure previously developed by the authors was modified and used to study the influence of different factors on behavior of piles in integral abutment bridges. An idealized integral abutment was introduced by assuming that the pile is rigidly cast into the pile cap and that the approach slab offers no resistance to lateral thermal expansion. Passive soil and shear resistance of the cap are neglected in design. A 40-foot H pile (HP 10 X 42) in six typical Iowa soils was analyzed for fully restrained pile head and pinned pile head. According to numerical results, the maximum safe length for fully restrained pile head is one-half the maximum safe length for pinned pile head. If the pile head is partially restrained, the maximum safe length will lie between the two limits. The numerical results from an investigation of the effect of predrilled oversized holes indicate that if the length of the predrilled oversized hole is at least 4 feet below the ground, the vertical load-carrying capacity of the H pile is only reduced by 10 percent for 4 inches of lateral displacement in very stiff clay. With no predrilled oversized hole, the pile failed before the 4-inch lateral displacement was reached. Thus, the maximum safe lengths for integral abutment bridges may be increased by predrilling. Four different typical Iowa layered soils were selected and used in this investigation. In certain situations, compacted soil (> 50 blow count in standard penetration tests) is used as fill on top of natural soil. The numerical results showed that the critical conditions will depend on the length of the compacted soil. If the length of the compacted soil exceeds 4 feet, the failure mechanism for the pile is similar to one in a layer of very stiff clay. That is, the vertical load-carrying capacity of the H pile will be greatly reduced as the specified lateral displacement increases.

An operator formulation of the multiscale finite-volume method with correction function

The multiscale finite-volume (MSFV) method has been derived to efficiently solve large problems with spatially varying coefficients. The fine-scale problem is subdivided into local problems that can be solved separately and are coupled by a global problem. This algorithm, in consequence, shares some characteristics with two-level domain decomposition (DD) methods. However, the MSFV algorithm is different in that it incorporates a flux reconstruction step, which delivers a fine-scale mass conservative flux field without the need for iterating. This is achieved by the use of two overlapping coarse grids. The recently introduced correction function allows for a consistent handling of source terms, which makes the MSFV method a flexible algorithm that is applicable to a wide spectrum of problems. It is demonstrated that the MSFV operator, used to compute an approximate pressure solution, can be equivalently constructed by writing the Schur complement with a tangential approximation of a single-cell overlapping grid and incorporation of appropriate coarse-scale mass-balance equations.

Delayed Cyclic Activity Development on Early Amplitude-Integrated EEG in the Preterm Infant with Brain Lesions.

Background: Maturation of amplitude-integrated electroencephalogram (aEEG) activity is influenced by both gestational age (GA) and postmenstrual age. It is not fully known how this process is influenced by cerebral lesions. Objective: To compare early aEEG developmental changes between preterm newborns with different degrees of cerebral lesions on cranial ultrasound (cUS). Methods: Prospective cohort study on preterm newborns with GA <32.0 weeks, undergoing continuous aEEG recording during the first 84 h after birth. aEEG characteristics were qualitatively and quantitatively evaluated using pre-established criteria. Based on cUS findings three groups were formed: normal (n = 78), mild (n = 20), and severe cerebral lesions (n = 6). Linear mixed models for repeated measures were used to analyze aEEG maturational trajectories. Results: 104 newborns with a mean GA (range) 29.5 (24.4-31.7) weeks, and birth weight 1,220 (580-2,020) g were recruited. Newborns with severe brain lesions started with similar aEEG scores and tendentially lower aEEG amplitudes than newborns without brain lesions, and showed a slower development of the cyclic activity (p < 0.001), but a more rapid increase of the maximum and minimum aEEG amplitudes (p = 0.002 and p = 0.04). Conclusions: Preterm infants with severe cerebral lesions manifest a maturational delay in the aEEG cyclic activity already early after birth, but show a catch-up of aEEG amplitudes to that of newborns without cerebral lesions. Changes in the maturational aEEG pattern may be a marker of severe neurological lesions in the preterm infant.

Independent Central Banks: Low inflation at no cost?: A model with fiscal policy

In this article we extend the rational partisan model of Alesina and Gatti (1995) to include a second policy, fiscal policy, besides monetary policy. It is shown that, with this extension, the politically induced variance of output is not always eliminated nor reduced by delegating monetary policy to an independent and conservative central bank. Further, in flation and output stabilisation will be affected by the degree of conservativeness of the central bank and by the probability of the less in flation averse party gaining power. Keywords: rational partisan theory; fiscal policy; independent central bank JEL Classi fication: E58, E63.

Interpolating and sampling sequences in finite Riemann surfaces

We provide a description of the interpolating and sampling sequences on a space of holomorphic functions on a finite Riemann surface, where a uniform growth restriction is imposed on the holomorphic functions.

The number of planar central configurations for the 4-body problem is finite when 3 mass positions are fixed

In the n{body problem a central con guration is formed when the position vector of each particle with respect to the center of mass is a common scalar multiple of its acceleration vector. Lindstrom showed for n = 3 and for n > 4 that if n ? 1 masses are located at xed points in the plane, then there are only a nite number of ways to position the remaining nth mass in such a way that they de ne a central con guration. Lindstrom leaves open the case n = 4. In this paper we prove the case n = 4 using as variables the mutual distances between the particles.

Wind Loads on Dynamic Message Cabinets and Behavior of Supporting Trusses, TR-612, 2013

Large Dynamic Message Signs (DMSs) have been increasingly used on freeways, expressways and major arterials to better manage the traffic flow by providing accurate and timely information to drivers. Overhead truss structures are typically employed to support those DMSs allowing them to provide wider display to more lanes. In recent years, there is increasing evidence that the truss structures supporting these large and heavy signs are subjected to much more complex loadings than are typically accounted for in the codified design procedures. Consequently, some of these structures have required frequent inspections, retrofitting, and even premature replacement. Two manufacturing processes are primarily utilized on truss structures - welding and bolting. Recently, cracks at welding toes were reported for the structures employed in some states. Extremely large loads (e.g., due to high winds) could cause brittle fractures, and cyclic vibration (e.g., due to diurnal variation in temperature or due to oscillations in the wind force induced by vortex shedding behind the DMS) may lead to fatigue damage, as these are two major failures for the metallic material. Wind and strain resulting from temperature changes are the main loads that affect the structures during their lifetime. The American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) Specification defines the limit loads in dead load, wind load, ice load, and fatigue design for natural wind gust and truck-induced gust. The objectives of this study are to investigate wind and thermal effects in the bridge type overhead DMS truss structures and improve the current design specifications (e.g., for thermal design). In order to accomplish the objective, it is necessary to study structural behavior and detailed strain-stress of the truss structures caused by wind load on the DMS cabinet and thermal load on the truss supporting the DMS cabinet. The study is divided into two parts. The Computational Fluid Dynamics (CFD) component and part of the structural analysis component of the study were conducted at the University of Iowa while the field study and related structural analysis computations were conducted at the Iowa State University. The CFD simulations were used to determine the air-induced forces (wind loads) on the DMS cabinets and the finite element analysis was used to determine the response of the supporting trusses to these pressure forces. The field observation portion consisted of short-term monitoring of several DMS Cabinet/Trusses and long-term monitoring of one DMS Cabinet/Truss. The short-term monitoring was a single (or two) day event in which several message sign panel/trusses were tested. The long-term monitoring field study extended over several months. Analysis of the data focused on trying to identify important behaviors under both ambient and truck induced winds and the effect of daily temperature changes. Results of the CFD investigation, field experiments and structural analysis of the wind induced forces on the DMS cabinets and their effect on the supporting trusses showed that the passage of trucks cannot be responsible for the problems observed to develop at trusses supporting DMS cabinets. Rather the data pointed toward the important effect of the thermal load induced by cyclic (diurnal) variations of the temperature. Thermal influence is not discussed in the specification, either in limit load or fatigue design. Although the frequency of the thermal load is low, results showed that when temperature range is large the restress range would be significant to the structure, especially near welding areas where stress concentrations may occur. Moreover stress amplitude and range are the primary parameters for brittle fracture and fatigue life estimation. Long-term field monitoring of one of the overhead truss structures in Iowa was used as the research baseline to estimate the effects of diurnal temperature changes to fatigue damage. The evaluation of the collected data is an important approach for understanding the structural behavior and for the advancement of future code provisions. Finite element modeling was developed to estimate the strain and stress magnitudes, which were compared with the field monitoring data. Fatigue life of the truss structures was also estimated based on AASHTO specifications and the numerical modeling. The main conclusion of the study is that thermal induced fatigue damage of the truss structures supporting DMS cabinets is likely a significant contributing cause for the cracks observed to develop at such structures. Other probable causes for fatigue damage not investigated in this study are the cyclic oscillations of the total wind load associated with the vortex shedding behind the DMS cabinet at high wind conditions and fabrication tolerances and induced stresses due to fitting of tube to tube connections.

Statistical properties of population differentiation estimators under stepwise mutation in a finite island model.

Microsatellite loci mutate at an extremely high rate and are generally thought to evolve through a stepwise mutation model. Several differentiation statistics taking into account the particular mutation scheme of the microsatellite have been proposed. The most commonly used is R(ST) which is independent of the mutation rate under a generalized stepwise mutation model. F(ST) and R(ST) are commonly reported in the literature, but often differ widely. Here we compare their statistical performances using individual-based simulations of a finite island model. The simulations were run under different levels of gene flow, mutation rates, population number and sizes. In addition to the per locus statistical properties, we compare two ways of combining R(ST) over loci. Our simulations show that even under a strict stepwise mutation model, no statistic is best overall. All estimators suffer to different extents from large bias and variance. While R(ST) better reflects population differentiation in populations characterized by very low gene-exchange, F(ST) gives better estimates in cases of high levels of gene flow. The number of loci sampled (12, 24, or 96) has only a minor effect on the relative performance of the estimators under study. For all estimators there is a striking effect of the number of samples, with the differentiation estimates showing very odd distributions for two samples.