Changes in spring-mass model characteristics during repeated running sprints.

This study investigated fatigue-induced changes in spring-mass model characteristics during repeated running sprints. Sixteen active subjects performed 12 × 40 m sprints interspersed with 30 s of passive recovery. Vertical and anterior-posterior ground reaction forces were measured at 5-10 m and 30-35 m and used to determine spring-mass model characteristics. Contact (P < 0.001), flight (P < 0.05) and swing times (P < 0.001) together with braking, push-off and total stride durations (P < 0.001) lengthened across repetitions. Stride frequency (P < 0.001) and push-off forces (P < 0.05) decreased with fatigue, whereas stride length (P = 0.06), braking (P = 0.08) and peak vertical forces (P = 0.17) changes approached significance. Center of mass vertical displacement (P < 0.001) but not leg compression (P > 0.05) increased with time. As a result, vertical stiffness decreased (P < 0.001) from the first to the last repetition, whereas leg stiffness changes across sprint trials were not significant (P > 0.05). Changes in vertical stiffness were correlated (r > 0.7; P < 0.001) with changes in stride frequency. When compared to 5-10 m, most of ground reaction force-related parameters were higher (P < 0.05) at 30-35 m, whereas contact time, stride frequency, vertical and leg stiffness were lower (P < 0.05). Vertical stiffness deteriorates when 40 m run-based sprints are repeated, which alters impact parameters. Maintaining faster stride frequencies through retaining higher vertical stiffness is a prerequisite to improve performance during repeated sprinting.

Nonlinear models and small sample performance of the generalized method of moments

In this paper I explore the issue of nonlinearity (both in the datageneration process and in the functional form that establishes therelationship between the parameters and the data) regarding the poorperformance of the Generalized Method of Moments (GMM) in small samples.To this purpose I build a sequence of models starting with a simple linearmodel and enlarging it progressively until I approximate a standard (nonlinear)neoclassical growth model. I then use simulation techniques to find the smallsample distribution of the GMM estimators in each of the models.

Multimarket contact in pharmaceutical markets

We analyze the effect of multimarket contact on the pricing behavior of pharmaceutical firms controlling for different levels of regulatory constraints using the IMS MIDAS database for the industry. Theoretically, under product differentiation, firms may find it profitable to allocate their market power among markets where they are operating, specifically from more collusive to more competitive ones. We present evidence for nine OECD countries suggesting the existence of a multimarket effect for more market friendly countries (U.S. and Canada) and less regulated ones (U.K., Germany, Netherlands), while the results are more unstable for highly regulated countries with some countries being consistent with the theory (France) while others contradicting it (Japan, Italy and Spain). A key result indicates thatin the latter countries, price constraints are so intense, that there is little room for allocating market power. Thus equilibrium prices are expected in general to be lower in regulated countries.

Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post- solidus reequilibration on cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Unified formalism for non-autonomous mechanical systems

We present a unified geometric framework for describing both the Lagrangian and Hamiltonian formalisms of regular and non-regular time-dependent mechanical systems, which is based on the approach of Skinner and Rusk (1983). The dynamical equations of motion and their compatibility and consistency are carefully studied, making clear that all the characteristics of the Lagrangian and the Hamiltonian formalisms are recovered in this formulation. As an example, it is studied a semidiscretization of the nonlinear wave equation proving the applicability of the proposed formalism.

Open elbow arthrolysis for posttraumatic elbow stiffness

Résumé Introduction et objectif : l'articulation du coude est vulnérable à l'enraidissement, en particulier après un traumatisme. Le but de cette étude est d'évaluer les résultats du traitement chirurgical des raideurs post-traumatiques du coude. Type d'étude : étude rétrospective de cohorte. Les patients : dix-huit patients ont été évalués cliniquement par un observateur indépendant dans un intervalle moyen de 16 mois (6 à 43) après avoir subi une arthrolyse ouverte du coude, avec comme indication opératoire une raideur post traumatique du coude. Les traumatismes subis étaient : 11 fractures isolées, 1 luxation isolée, 6 fracture-luxations complexes. Les prises en charge initiales étaient : non-chirurgicales pour 3 patients, résection de la tête radiale pour 1 patient, réduction ouverte et ostéosynthèse pour 14 patients. Les patients ont présenté des types de raideurs mixtes pour la plupart d'entre eux. Type d'intervention : arthrolyse ouverte du coude. Evaluation : la fonction du coude et la satisfaction des patients furent les principales données récoltées. Lacs de l'évaluation, les scores de SECEC (Société Européenne de Chirurgie d'Epaule et du Coude) ont été calculés. Une analyse radiologique a aussi été effectuée. Résultats : trois patients ont présenté des complications postopératoires mineures : 1 déhiscence de plaie, 1 infection sous-cutanée, 1 sérome. Aucune de ces complications n'a eu de répercussion sur le résultat final. Le gain d'amplitude articulaire moyen était de 40°, avec un gain moyen en flexion du coude de 14° (0°-45°), et de 26° en extension (5°-67°) Aucun patient n'a présenté d'instabilité du coude. Il n'y a pas eu de signe de progression d'arthrose sur les clichés radiographiques à la revue. Nous n'avons pas mis en évidence de rapport entre le type de raideur et la voie d'abord sur les résultats. Les patients ayant présentés les raideurs les plus importantes ont bénéficiés des meilleurs résultats en terme de mobilité (p<0.001). Les meilleurs résultats ont été obtenus pour les patients opérés dans la première année aptes le traumatisme initial (p=0.008). Le score SECEC moyen était de 88 points pour les coudes opérés (52-100), et de 96 points pour les coudes sains (88-100). Conclusion : l'arthrolyse ouverte confère de bons résultats pour les patients présentant une raideur post traumatique du coude. Les meilleurs résultats sont obtenus pour les patients présentant une raideur sévère, prise en charge dans l'année qui suit le traumatisme initial.

Effect of tibial tray inclination on the femoro-tibial contact pattern of a mobile total knee arthroplasty

Introduction: The posterior inclination of the tibial component is an important factor that can affect the success of total knee arthroplasty. It can reduce the posterior impingement and thus increase the range of flexion, but it may also induce instability in flexion, anterior impingement between the polyethylene of postero-stabilizing knee prosthesis, and anterior conflict with the cortical bone and the stem. Although the problem is identified, there is still a debate on the ideal inclination angle and the surgical technique to avoid an excessive posterior inclination. The aim of this study was to predict the effect of a posterior inclination of the tibial component on the contact pattern on the tibial insert, using a numerical musculoskeletal model of the knee joint. Methods: A 3D finite element model of the knee joint was developed to simulate an active and loaded squat movement after total knee arthroplasty. Flexion was actively controlled by the quadriceps muscle and muscle activations were estimated from EMG data and were synchronized by a feedback algorithm. Two inclinations of the tibial tray were considered: a posterior inclination of 0° or 10°. During the entire range of flexion, the following quantities were calculated: the tibiofemoral and patello-femoral contact force, and the contact pattern on polyethylene insert. The antero-posterior displacement of the contact pattern was also measured. Abaqus 6.7 was used for all analyses. Results: The tibio-femoral and patello-femoral contact forces increased during flexion and reached respectively 4 and 7 BW (bodyweight) at 90° of flexion. They were slightly affected by the inclination of the tibial tray. Without posterior inclination, the contact pattern on the tibial insert remained centered. The contact pressure was lower than 5 MPa below 60° of flexion, but exceeded 20 MPa at 90° of flexion. The posterior inclination displaced the contact point posteriorly by 2 to 4 mm. Conclusion: The inclination of the tibial tray displaced the contactpattern towards the posterior border of the tibial insert. However, even for 10° of inclination, the contact center remained far from the posterior border (12 mm). There was no instability predicted for this movement.

Chest pulse-wave velocity: a novel approach to assess arterial stiffness.

Pulse-wave velocity (PWV) is considered as the gold-standard method to assess arterial stiffness, an independent predictor of cardiovascular morbidity and mortality. Current available devices that measure PWV need to be operated by skilled medical staff, thus, reducing the potential use of PWV in the ambulatory setting. In this paper, we present a new technique allowing continuous, unsupervised measurements of pulse transit times (PTT) in central arteries by means of a chest sensor. This technique relies on measuring the propagation time of pressure pulses from their genesis in the left ventricle to their later arrival at the cutaneous vasculature on the sternum. Combined thoracic impedance cardiography and phonocardiography are used to detect the opening of the aortic valve, from which a pre-ejection period (PEP) value is estimated. Multichannel reflective photoplethysmography at the sternum is used to detect the distal pulse-arrival time (PAT). A PTT value is then calculated as PTT = PAT - PEP. After optimizing the parameters of the chest PTT calculation algorithm on a nine-subject cohort, a prospective validation study involving 31 normo- and hypertensive subjects was performed. 1/chest PTT correlated very well with the COMPLIOR carotid to femoral PWV (r = 0.88, p < 10 (-9)). Finally, an empirical method to map chest PTT values onto chest PWV values is explored.

Early stage disc degeneration does not have an appreciable affect on stiffness and load transfer following vertebroplasty and kyphoplasty.

Vertebroplasty and kyphoplasty have been reported to alter the mechanical behavior of the treated and adjacent-level segments, and have been suggested to increase the risk for adjacent-level fractures. The intervertebral disc (IVD) plays an important role in the mechanical behavior of vertebral motion segments. Comparisons between normal and degenerative IVD motion segments following cement augmentation have yet to be reported. A microstructural finite element model of a degenerative IVD motion segment was constructed from micro-CT images. Microdamage within the vertebral body trabecular structure was used to simulate a slightly (I = 83.5% of intact stiffness), moderately (II = 57.8% of intact stiffness), and severely (III = 16.0% of intact stiffness) damaged motion segment. Six variable geometry single-segment cement repair strategies (models A-F) were studied at each damage level (I-III). IVD and bone stresses, and motion segment stiffness, were compared with the intact and baseline damage models (untreated), as well as, previous findings using normal IVD models with the same repair strategies. Overall, small differences were observed in motion segment stiffness and average stresses between the degenerative and normal disc repair models. We did however observe a reduction in endplate bulge and a redistribution in the microstructural tissue level stresses across both endplates and in the treated segment following early stage IVD degeneration. The cement augmentation strategy placing bone cement along the periphery of the vertebra (model E) proved to be the most advantageous in treating the degenerative IVD models by showing larger reductions in the average bone stresses (vertebral and endplate) as compared to the normal IVD models. Furthermore, only this repair strategy, and the complete cement fill strategy (model F), were able to restore the slightly damaged (I) motion segment stiffness above pre-damaged (intact) levels. Early stage IVD degeneration does not have an appreciable effect in motion segment stiffness and average stresses in the treated and adjacent-level segments following vertebroplasty and kyphoplasty. Placing bone cement in the periphery of the damaged vertebra in a degenerative IVD motion segment, minimizes load transfer, and may reduce the likelihood of adjacent-level fractures.

A fully adaptive numerical approximation for a two-dimensional epidemic model with nonlinear cross-diffusion

An epidemic model is formulated by a reactionâeuro"diffusion system where the spatial pattern formation is driven by cross-diffusion. The reaction terms describe the local dynamics of susceptible and infected species, whereas the diffusion terms account for the spatial distribution dynamics. For both self-diffusion and cross-diffusion, nonlinear constitutive assumptions are suggested. To simulate the pattern formation two finite volume formulations are proposed, which employ a conservative and a non-conservative discretization, respectively. An efficient simulation is obtained by a fully adaptive multiresolution strategy. Numerical examples illustrate the impact of the cross-diffusion on the pattern formation.

Suboptimal filtering and nonlinear time scale transformation for the analysis of multiexponential decays

Multiexponential decays may contain time-constants differing in several orders of magnitudes. In such cases, uniform sampling results in very long records featuring a high degree of oversampling at the final part of the transient. Here, we analyze a nonlinear time scale transformation to reduce the total number of samples with minimum signal distortion, achieving an important reduction of the computational cost of subsequent analyses. We propose a time-varying filter whose length is optimized for minimum mean square error

Linear and nonlinear optical properties of Si nanocrystals in SiO2 deposited by plasma-enhanced chemical-vapor deposition

Linear and nonlinear optical properties of silicon suboxide SiOx films deposited by plasma-enhanced chemical-vapor deposition have been studied for different Si excesses up to 24¿at.¿%. The layers have been fully characterized with respect to their atomic composition and the structure of the Si precipitates. Linear refractive index and extinction coefficient have been determined in the whole visible range, enabling to estimate the optical bandgap as a function of the Si nanocrystal size. Nonlinear optical properties have been evaluated by the z-scan technique for two different excitations: at 0.80¿eV in the nanosecond regime and at 1.50¿eV in the femtosecond regime. Under nanosecond excitation conditions, the nonlinear process is ruled by thermal effects, showing large values of both nonlinear refractive index (n2 ~ ¿10¿8¿cm2/W) and nonlinear absorption coefficient (ß ~ 10¿6¿cm/W). Under femtosecond excitation conditions, a smaller nonlinear refractive index is found (n2 ~ 10¿12¿cm2/W), typical of nonlinearities arising from electronic response. The contribution per nanocrystal to the electronic third-order nonlinear susceptibility increases as the size of the Si nanoparticles is reduced, due to the appearance of electronic transitions between discrete levels induced by quantum confinement.