Feasibility of direct mapping of cerebral fluorodeoxy-D-glucose metabolism in situ at subcellular resolution using soft X-ray fluorescence.

Glucose metabolism is difficult to image with cellular resolution in mammalian brain tissue, particularly with (18) fluorodeoxy-D-glucose (FDG) positron emission tomography (PET). To this end, we explored the potential of synchrotron-based low-energy X-ray fluorescence (LEXRF) to image the stable isotope of fluorine (F) in phosphorylated FDG (DG-6P) at 1 μm(2) spatial resolution in 3-μm-thick brain slices. The excitation-dependent fluorescence F signal at 676 eV varied linearly with FDG concentration between 0.5 and 10 mM, whereas the endogenous background F signal was undetectable in brain. To validate LEXRF mapping of fluorine, FDG was administered in vitro and in vivo, and the fluorine LEXRF signal from intracellular trapped FDG-6P over selected brain areas rich in radial glia was spectrally quantitated at 1 μm(2) resolution. The subsequent generation of spatial LEXRF maps of F reproduced the expected localization and gradients of glucose metabolism in retinal Müller glia. In addition, FDG uptake was localized to periventricular hypothalamic tanycytes, whose morphological features were imaged simultaneously by X-ray absorption. We conclude that the high specificity of photon emission from F and its spatial mapping at ≤1 μm resolution demonstrates the ability to identify glucose uptake at subcellular resolution and holds remarkable potential for imaging glucose metabolism in biological tissue. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

« Représentations de la maltraitance infantile d'un groupe d'enseignantes d'une école primaire du canton de Vaud, leur rôle dans ce domaine et leurs connaissances sur les procédures de signalement. »

Le rapport international le plus récent concernant la maltraitance infantile date de 2006 : il s'agit du Rapport mondial sur la violence contre les enfants, du Secrétaire général des Nations Unies (1). La définition retenue pour la maltraitance infantile s'inspire de celle du Rapport mondial sur la violence et la santé, de l'OMS en 2002 (2) : «La menace ou l'utilisation intentionnelle de la force physique ou du pouvoir contre un enfant par un individu ou un groupe qui entraîne ou risque fortement de causer un préjudice à la santé, à la survie, au développement ou à la dignité de l'enfant.». Il existe différentes formes de maltraitance : - la maltraitance physique (brutalités, coups, blessures, brûlures, etc.)  la maltraitance psychologique (insultes, humiliation, isolement, terroriser l'enfant, etc.) - la maltraitance sexuelle (exhibitionnisme, attouchements, relations sexuelles, etc.) - les négligences (manque d'attention et de soins) Dans la majorité des cas, plusieurs formes de maltraitances sont présentes chez un enfant victime de mauvais traitements ; elles se chevauchent (3). L'Observatoire national de l'Action Sociale Décentralisée (ODAS) a réalisé une classification des enfants à protéger, les définitions sont les suivantes (4): L'enfant maltraité est « celui qui est victime de violences physiques, d'abus sexuels, de cruauté mentale, de négligences lourdes ayant des conséquences sur son développement physique et psychologique. » L'enfant en risque est « celui qui connaît des conditions d'existence qui risquent de mettre en danger sa santé, sa sécurité, sa moralité, son éducation ou son entretien, mais qui n'est pas pour autant maltraité. » L'enfant en souffrance est « un enfant aimé et soigné mais qui souffre des conditions d'existences qui fragilisent ou menacent son développement et son épanouissement personnel. » En Suisse, peu de données sont disponibles concernant la prévalence de la maltraitance étant donné la difficulté à récolter des données. Selon l'Office Fédéral de la Statistique suisse, les résultats d'une étude de 2004 montre une diminution des châtiments corporels par rapport à une étude semblable réalisée 12 ans auparavant (5). Cependant, la maltraitance infantile est un problème de santé publique du fait de la gravité de ses conséquences sur la santé physique, mentale et sociale de l'individu et de son retentissement sur la communauté ainsi que de sa fréquence estimée dans la population suisse. Elle a des effets néfastes sur la santé de l'enfant par mortalité directe ou morbidité directe ou indirecte et représente également un facteur de risque pour la santé physique et mentale, le développement et les perspectives de réalisation personnelle du jeune adulte et de l'adulte (6). On sait aujourd'hui que le nombre de cas de maltraitance signalés en Suisse est en augmentation. Ceci démontre que la maltraitance est un phénomène courant. Cependant, les professionnels ne pensent pas MF / Travail de master en médecine / 2011-2012 3 que le phénomène de la maltraitance infantile soit en augmentation, mais que les cas de maltraitance sont mieux repérés, que les professionnels s'occupant d'enfants sont plus sensibles à cette problématique et qu'il y a donc davantage de signalements (7). La prévention de la maltraitance est nécessaire et possible. Des interventions ont établi leur efficacité et il a été démontré que plus l'intervention est précoce, plus elle a de chances de réussite (2). C'est la raison pour laquelle il est important de repérer les cas de maltraitance précocement afin de pouvoir intervenir, aider les familles et garantir la protection de l'enfant. Des mesures de prévention ont été mises en place au niveau international, comme au niveau fédéral, pour assurer la reconnaissance et la prise en charge de l'enfant victime de maltraitance. Au niveau international, la Convention internationale des droits de l'enfant a été adoptée par l'Assemblée Générale en 1989 (8). Elle reconnaît l'enfant comme personne indépendante ayant des droits propres. Cette convention est divisée en quatre parties comportant : les principes directeurs (la non-discrimination, viser les meilleurs intérêts pour l'enfant, le droit de vivre, de survivre et de se développer, le droit de participation), les droits de survie et de développement (le droit à avoir les ressources, les compétences et les contributions nécessaires pour pouvoir survivre et pouvoir profiter d'un développement complet), les droits de protection (de toutes les formes de maltraitance envers les enfants, négligences, exploitation et cruauté), les droits de participation (la liberté d'expression de leurs opinions, de parler de sujets qui concernent leur vie sociale, économique, religieuse, culturelle ou politique et d'être écouté, la liberté d'information et la liberté d'association). Les stratégies de prévention de la maltraitance infantile visent à réduire les causes sous- jacentes et les facteurs de risque, tout en renforçant les facteurs de protection, de façon à prévenir de nouveaux cas (9). Elles comprennent : les stratégies sociétales et communautaires (mise en place de réformes juridiques et des droits de la personne humaine, instauration des politiques sociales et économiques favorables, correction des normes sociales et culturelles, réduction des inégalités économiques, réduction du facteur de risque environnemental, formation des professionnels), les stratégies relationnelles (formation parentale et des adultes s'occupant d'enfants), les stratégies individuelles (apprendre aux enfants à reconnaître et à éviter les situations de violence potentielle). En plus des mesures structurelles mises en place par les états (scolarisation obligatoire, dispositif légal, service de protection des enfants et des jeunes, services de santé spécialisés, etc.), des associations de lutte contre la maltraitance infantile existent et jouent également un rôle important dans la prévention. Par exemple, la Fondation Suisse pour la Protection de l'Enfant s'emploie à analyser les causes de la violence envers les MF / Travail de master en médecine / 2011-2012 4 enfants et à les combattre, à protéger les enfants contre la violence physique, psychologique, sexuelle et structurelle ainsi que contre la négligence par le biais d'un travail de prévention ciblé à l'échelle nationale. Elle vise également à apprendre aux enfants comment se protéger eux-mêmes et demander de l'aide, à sensibiliser les adultes qui les entourent au fait que les enfants ont une personnalité propre et qu'ils ont le droit d'être protégés et encouragés et à demander au niveau politique que l'on mette en place des structures adaptées aux enfants (10).

Amplitude envelope synchronization in coupled chaotic oscillators.

A peculiar type of synchronization has been found when two Van der PolDuffing oscillators, evolving in different chaotic attractors, are coupled. As the coupling increases, the frequencies of the two oscillators remain different, while a synchronized modulation of the amplitudes of a signal of each system develops, and a null Lyapunov exponent of the uncoupled systems becomes negative and gradually larger in absolute value. This phenomenon is characterized by an appropriate correlation function between the returns of the signals, and interpreted in terms of the mutual excitation of new frequencies in the oscillators power spectra. This form of synchronization also occurs in other systems, but it shows up mixed with or screened by other forms of synchronization, as illustrated in this paper by means of the examples of the dynamic behavior observed for three other different models of chaotic oscillators.

Functional and morphological evidence for a ventricular conduction system in zebrafish and Xenopus hearts.

Zebrafish and Xenopus have become popular model organisms for studying vertebrate development of many organ systems, including the heart. However, it is not clear whether the single ventricular hearts of these species possess any equivalent of the specialized ventricular conduction system found in higher vertebrates. Isolated hearts of adult zebrafish (Danio rerio) and African toads (Xenopus laevis) were stained with voltage-sensitive dye and optically mapped in spontaneous and paced rhythms followed by histological examination focusing on myocardial continuity between the atrium and the ventricle. Spread of the excitation wave through the atria was uniform with average activation times of 20 +/- 2 and 50 +/- 2 ms for zebrafish and Xenopus toads, respectively. After a delay of 47 +/- 8 and 414 +/- 16 ms, the ventricle became activated first in the apical region. Ectopic ventricular activation was propagated significantly more slowly (total ventricular activation times: 24 +/- 3 vs. 14 +/- 2 ms in zebrafish and 74 +/- 14 vs. 35 +/- 9 ms in Xenopus). Although we did not observe any histologically defined tracts of specialized conduction cells within the ventricle, there were trabecular bands with prominent polysialic acid-neural cell adhesion molecule staining forming direct myocardial continuity between the atrioventricular canal and the apex of the ventricle; i.e., the site of the epicardial breakthrough. We thus conclude that these hearts are able to achieve the apex-to-base ventricular activation pattern observed in higher vertebrates in the apparent absence of differentiated conduction fascicles, suggesting that the ventricular trabeculae serve as a functional equivalent of the His-Purkinje system.

Real-time MR imaging of myocardial regional function using strain-encoding (SENC) with tissue through-plane motion tracking.

PURPOSE: To implement real-time myocardial strain-encoding (SENC) imaging in combination with tracking the tissue displacement in the through-plane direction. MATERIALS AND METHODS: SENC imaging was combined with the slice-following technique by implementing three-dimensional (3D) selective excitation. Certain adjustments were implemented to reduce scan time to one heartbeat. A total of 10 volunteers and five pigs were scanned on a 3T MRI scanner. Spatial modulation of magnetization (SPAMM)-tagged images were acquired on planes orthogonal to the SENC planes for comparison. Myocardial infarction (MI) was induced in two pigs and the resulting SENC images were compared to standard delayed-enhancement (DE) images. RESULTS: The strain values computed from SENC imaging with slice-following showed significant difference from those acquired without slice-following, especially during systole (P < 0.01). The strain curves computed from the SENC images with and without slice-following were similar to those computed from the orthogonal SPAMM images, with and without, respectively, tracking the tag line displacement in the strain direction. The resulting SENC images showed good agreement with the DE images in identifying MI in infarcted pigs. CONCLUSION: Correction of through-plane motion in real-time cardiac functional imaging is feasible using slice-following. The strain measurements are more accurate than conventional SENC measurements in humans and animals, as validated with conventional MRI tagging.

Alteration of neuromuscular function in squash

The alteration in neuromuscular function of knee extensor muscles was characterised after a squash match in 10 trained players. Maximal voluntary contraction (MVC) and surface EMG activity of vastus lateralis (VL) and vastus medialis (VM) muscles were measured before and immediately after a 1-h squash match. M-wave and twitch contractile properties were analysed following single stimuli. MVC declined (280.5+/-46.8 vs. 233.6+/-35.4 Nm, -16%; P<0.001) after the exercise and this was accompanied by an impairment of central activation, as attested by decline in voluntary activation (76.7+/-10.4 vs. 71.3+/-9.6%, -7%; P<0.05) and raw EMG activity of the two vastii (-17%; P<0.05), whereas RMS/M decrease was lesser (VL: -5%; NS and VM: -12%; P=0.10). In the fatigued state, no significant changes in M-wave amplitude (VL: -9%; VM: -5%) or duration were observed. Following exercise, the single twitch was characterised by lower peak torque (-20%; P<0.001) as well as shorter half-relaxation time (-13%; P<0.001) and reduced maximal rate of twitch tension development (-23%; P<0.001) and relaxation (-17%; P<0.05). A 1-h squash match play caused peripheral fatigue by impairing excitation-contraction coupling, whereas sarcolemmal excitability seems well preserved. Our results also emphasise the role of central activation failure as a possible mechanism contributing to the torque loss observed in knee extensors. Physical conditioners should consider these effects when defining their training programs for squash players.

Ground-state order and spin-lattice coupling in tetrahedral spin systems Cu2Te2O5X2 (X = Br or Cl)

High-resolution ac susceptibility and thermal conductivity measurement on Cu2Te2O5X2 (X=Br,Cl) single crystals are reported. For Br-sample, sample dependence prevents one from distinguishing between possibilities of magnetically ordered and spin-singlet ground states. In Cl-sample a three-dimensional transition at 18.5 K is accompanied by almost isotropic behavior of susceptibility and almost switching behavior of thermal conductivity. Thermal conductivity studies suggest the presence of a tremendous spin-lattice coupling characterizing Cl- but not Br-sample. Below the transition Cl-sample is in a complex magnetic state involving AF order but also the elements consistent with the presence of a gap in the excitation spectrum.

Aplicación de la técnica de espectrometría de fluorescencia de rayos-X en el estudio de la dispersión de metales en áreas mineras

One critical factor for success in characterizing metals polluting mining environments so as to be able to eliminate them and subsequently recover these areas depends upon a speedy and correct response in the analysis of samples. Rapid, simultaneous, multi-element analysis can be undertaken using X-ray fluorescence spectrometry, a versatile, non-destructive analytical technique commonly employed to identify both major and minor elements in samples related to environmental studies. An additional advantage of this technique is the possibility of conducting the analysis directly on solid samples, which is extremely convenient when dealing with environmental samples that are difficult to dissolve, such as soils, sediments and mining wastes. Moreover, in recent years the development of spectrometers equipped with digital-signal processors combined with enlarged X-ray production, using better designs for excitation-detection, has contributed to an improvement in instrumental sensitivity, thus allowing us to detect important polluting elements such as Cd and Pb at trace levels. In this paper the authors describe, on the basis of their own experience, some interesting applications of XRF spectrometry for the analysis of several types of environmental samples related to the study of the dispersion of metals within mining environments: (A) analysis of mining wastes, soils and sediments; (B) analysis of samples of vegetation used as bioindicators or related to phytoremediation studies; and (C) analysis of water samples related to mining operations

Neurophysiologic and proteomic investigations of experience-dependent plasticity in the somatosensory cortex of the adult mouse following chronic whisker stimulation

RESUME Les follicules des vibrisses des rongeurs sont représentés sous la forme d'une carte topographique dans le cortex à tonneaux. Lorsque un groupe de vibrisses est coupé pendant plusieurs jours chez un rongeur adulte, en laissant les autres vibrisses intactes, le champ réceptif des neurones du cortex à tonneaux est modifié, ce qui démontre que les cartes corticales sont plastiques. Dans notre étude, une expérience sensorielle a été induite chez une souris adulte se comportant librement en stimulant chroniquement une de ses vibrisses pendant 24h. Par une analyse des potentiels de champ locaux, nous démontrons que les caractéristiques spatiotemporelles du flux d'excitation évoqué par la vibrisse principale (VP) dans la colonne corticale correspondante à la vibrisse stimulée n'est pas altéré. Par contre, l'enregistrement des potentiels d'actions d'un total de 1041 neurones à travers le cortex à tonneaux révèlent plusieurs modifications de l'activité neuronale. L'activité spontanée ainsi que la réponse évoquée par la VP sont déprimées dans la colonne corticale stimulée (nombre moyen de potentiels d'action évoqués par la VP diminue de 25 % et 36% dans la couche IV et les couches II&III). La réponse des neurones à la vibrisse stimulée diminue également dans les colonnes corticales adjacentes, «non-stimulées». La dépression de l'activité spontanée et de la réponse à la VP est localisée à la colonne corticale stimulée. Dans le tonneau stimulé, la première partie de la réponse à la VP n'est pas affaiblie, démontrant que la dépression de la réponse n'est pas due à un phénomène de plasticité sous-corticale ou thalamocorticale. La stimulation chronique d'une vibrisse entraîne une augmentation du nombre de synapses GABAergiques dans la couche IV du tonneau correspondant (Knott et al, 2002). Dès lors, nos résultats suggèrent qu'une augmentation de l'inhibition dans le tonneau stimulé serait à l'origine de la diminution des potentiels d'action évoqués par la vibrisse stimulée et en conséquence de l'amplitude du flux d'excitation vers les couches II&III puis vers les colonnes corticales adjacentes. Toutes les réponses des neurones du tonneau stimulé ne sont pas déprimées. Les réponses des neurones à la vibrisse voisine caudale à VP diminuent dans la couche IV (42%) et dans les couches II&III (52%) mais pas les réponses aux 7 autres vibrisses voisines. Les entrées synaptiques en provenance de la vibrisse caudale pourraient avoir été spécifiquement déprimées en raison d'une décorrélation prolongée entre l'activité évoquée dans les chemins sensoriels relatifs à la vibrisse stimulée et à la vibrisse caudale, spécificité qui découlerait du fait que, parmi les vibrisses voisines à la VP, la vibrisse caudale génère les réponses les plus fortes dans la colonne corticale. Quatre jours après l'arrêt de la stimulation, l'activité neuronale n'est plus déprimée; au contraire, nous observons une potentiation des réponses à la VP dans la couche IV de la colonne corticale stimulée. De plus, nous montrons que l'expression des protéines GLT-1 et GLAST, deux transporteurs astrocytaires du glutamate, est augmentée de ~2.5 fois dans la colonne corticale stimulée, indiquant l'existence d'une «plasticité gliale» et suggérant que les cellules gliales participent activement à l'adaptation du cerveau à l'expérience. ABSTRACT In the barrel cortex, mystacial whisker follicles are represented in the form of a topographie map. The selective removal of a set of whiskers while sparing others for several days in an adult rodent alters receptive field of barrel cortex neurons, demonstrating experience-dependent plasticity of cortical maps. Here sensory experience was altered by chronic stimulation of a whisker for a 24h period in a freely behaving adult mouse. By means of an evoked local field potential analysis, we show that chronic stimulation does not alter the flow of excitation evoked by the principal whisker (PW) in the stimulated barrel column. However, the recording of neuronal firing from a total of 1041 single units throughout the barrel cortex reveals several changes in neuronal activity. Immediately after chronic stimulation, spontaneous activity as well as PW-responses are depressed in the stimulated barrel column (mean number of spikes per PW-deflection decreases by 25% and 36% in layer IV and layers II&III, respectively). Neuronal responses towards the chronically stimulated whisker are also significantly depressed in layers II&III of the adjacent "non-stimulated" barrel' columns. The depression of both spontaneous activity and PW-responses are restricted to the stimulated ban-el column. The earliest time epoch of the PW-response in the stimulated barrel is not depressed, demonstrating that the decrease of cortical responses is not due to subcortical or thalamocortical plasticity. The depression of PW-response in the stimulated barrel correlates with an increase in the number of GABAergic synapses in layer IV (Knott et al., 2002). Therefore, our results suggest that an increase in inhibition within the stimulated barrel may reduce its excitatory output and accordingly the flow of excitation towards layers and the subsequent horizontal spread into adjacent barrel columns. Not all responses of neurons in the stimulated barrel are depressed. Neuronal responses towards the caudal in-row whisker decrease by 42% in layer IV and 52% in layers MM but responses to the other 7 immediate surround whiskers (SWs) are not affected. The synaptic inputs from the SW that elicit the strongest responses in the stimulated barrel may have been specifically depressed following a prolonged period of diminished coherence between neuronal activity evoked in the pathways from the chronically stimulated whisker and from its surrounding in-row whisker. Four days after the cessation of the stimulation, depression of neuronal activity is no longer present; on the contrary, we observe a small but significant potentiation of PW-responses in layer IV of the stimulated barrel column. Moreover we show that the expression of astrocytic glutamate transporters GLT-1 and GLAST proteins were both upregulated by ~2.5 fold in the stimulated barrel column, which indicates that glial cells exhibit experience-dependent functional changes and could actively take part in the adaptation of the cerebral cortex to experience.

Emergence of oriented circuits driven by synaptic pruning associated with spike-timing-dependent plasticity (STDP)

ABSTRACT: Massive synaptic pruning following over-growth is a general feature of mammalian brain maturation. Pruning starts near time of birth and is completed by time of sexual maturation. Trigger signals able to induce synaptic pruning could be related to dynamic functions that depend on the timing of action potentials. Spike-timing-dependent synaptic plasticity (STDP) is a change in the synaptic strength based on the ordering of pre- and postsynaptic spikes. The relation between synaptic efficacy and synaptic pruning suggests that the weak synapses may be modified and removed through competitive "learning" rules. This plasticity rule might produce the strengthening of the connections among neurons that belong to cell assemblies characterized by recurrent patterns of firing. Conversely, the connections that are not recurrently activated might decrease in efficiency and eventually be eliminated. The main goal of our study is to determine whether or not, and under which conditions, such cell assemblies may emerge out of a locally connected random network of integrate-and-fire units distributed on a 2D lattice receiving background noise and content-related input organized in both temporal and spatial dimensions. The originality of our study stands on the relatively large size of the network, 10,000 units, the duration of the experiment, 10E6 time units (one time unit corresponding to the duration of a spike), and the application of an original bio-inspired STDP modification rule compatible with hardware implementation. A first batch of experiments was performed to test that the randomly generated connectivity and the STDP-driven pruning did not show any spurious bias in absence of stimulation. Among other things, a scale factor was approximated to compensate for the network size on the ac¬tivity. Networks were then stimulated with the spatiotemporal patterns. The analysis of the connections remaining at the end of the simulations, as well as the analysis of the time series resulting from the interconnected units activity, suggest that feed-forward circuits emerge from the initially randomly connected networks by pruning. RESUME: L'élagage massif des synapses après une croissance excessive est une phase normale de la ma¬turation du cerveau des mammifères. L'élagage commence peu avant la naissance et est complété avant l'âge de la maturité sexuelle. Les facteurs déclenchants capables d'induire l'élagage des synapses pourraient être liés à des processus dynamiques qui dépendent de la temporalité rela¬tive des potentiels d'actions. La plasticité synaptique à modulation temporelle relative (STDP) correspond à un changement de la force synaptique basé sur l'ordre des décharges pré- et post- synaptiques. La relation entre l'efficacité synaptique et l'élagage des synapses suggère que les synapses les plus faibles pourraient être modifiées et retirées au moyen d'une règle "d'appren¬tissage" faisant intervenir une compétition. Cette règle de plasticité pourrait produire le ren¬forcement des connexions parmi les neurones qui appartiennent à une assemblée de cellules caractérisée par des motifs de décharge récurrents. A l'inverse, les connexions qui ne sont pas activées de façon récurrente pourraient voir leur efficacité diminuée et être finalement éliminées. Le but principal de notre travail est de déterminer s'il serait possible, et dans quelles conditions, que de telles assemblées de cellules émergent d'un réseau d'unités integrate-and¬-fire connectées aléatoirement et distribuées à la surface d'une grille bidimensionnelle recevant à la fois du bruit et des entrées organisées dans les dimensions temporelle et spatiale. L'originalité de notre étude tient dans la taille relativement grande du réseau, 10'000 unités, dans la durée des simulations, 1 million d'unités de temps (une unité de temps correspondant à une milliseconde), et dans l'utilisation d'une règle STDP originale compatible avec une implémentation matérielle. Une première série d'expériences a été effectuée pour tester que la connectivité produite aléatoirement et que l'élagage dirigé par STDP ne produisaient pas de biais en absence de stimu¬lation extérieure. Entre autres choses, un facteur d'échelle a pu être approximé pour compenser l'effet de la variation de la taille du réseau sur son activité. Les réseaux ont ensuite été stimulés avec des motifs spatiotemporels. L'analyse des connexions se maintenant à la fin des simulations, ainsi que l'analyse des séries temporelles résultantes de l'activité des neurones, suggèrent que des circuits feed-forward émergent par l'élagage des réseaux initialement connectés au hasard.

Analysis of torque and speed ripple producing non-idealities of frequency converters in electric drives

Electric motors driven by adjustable-frequency converters may produce periodic excitation forces that can cause torque and speed ripple. Interaction with the driven mechanical system may cause undesirable vibrations that affect the system performance and lifetime. Direct drives in sensitive applications, such as elevators or paper machines, emphasize the importance of smooth torque production. This thesis analyses the non-idealities of frequencyconverters that produce speed and torque ripple in electric drives. The origin of low order harmonics in speed and torque is examined. It is shown how different current measurement error types affect the torque. As the application environment, direct torque control (DTC) method is applied to permanent magnet synchronous machines (PMSM). A simulation model to analyse the effect of the frequency converter non-idealities on the performance of the electric drives is created. Themodel enables to identify potential problems causing torque vibrations and possibly damaging oscillations in electrically driven machine systems. The model is capable of coupling with separate simulation software of complex mechanical loads. Furthermore, the simulation model of the frequency converter's control algorithm can be applied to control a real frequency converter. A commercial frequencyconverter with standard software, a permanent magnet axial flux synchronous motor and a DC motor as the load are used to detect the effect of current measurement errors on load torque. A method to reduce the speed and torque ripple by compensating the current measurement errors is introduced. The method is based on analysing the amplitude of a selected harmonic component of speed as a function oftime and selecting a suitable compensation alternative for the current error. The speed can be either measured or estimated, so the compensation method is applicable also for speed sensorless drives. The proposed compensation method is tested with a laboratory drive, which consists of commercial frequency converter hardware with self-made software and a prototype PMSM. The speed and torque rippleof the test drive are reduced by applying the compensation method. In addition to the direct torque controlled PMSM drives, the compensation method can also beapplied to other motor types and control methods.

Prospective motion correction of 3D echo-planar imaging data for functional MRI using optical tracking.

We evaluated the performance of an optical camera based prospective motion correction (PMC) system in improving the quality of 3D echo-planar imaging functional MRI data. An optical camera and external marker were used to dynamically track the head movement of subjects during fMRI scanning. PMC was performed by using the motion information to dynamically update the sequence's RF excitation and gradient waveforms such that the field-of-view was realigned to match the subject's head movement. Task-free fMRI experiments on five healthy volunteers followed a 2×2×3 factorial design with the following factors: PMC on or off; 3.0mm or 1.5mm isotropic resolution; and no, slow, or fast head movements. Visual and motor fMRI experiments were additionally performed on one of the volunteers at 1.5mm resolution comparing PMC on vs PMC off for no and slow head movements. Metrics were developed to quantify the amount of motion as it occurred relative to k-space data acquisition. The motion quantification metric collapsed the very rich camera tracking data into one scalar value for each image volume that was strongly predictive of motion-induced artifacts. The PMC system did not introduce extraneous artifacts for the no motion conditions and improved the time series temporal signal-to-noise by 30% to 40% for all combinations of low/high resolution and slow/fast head movement relative to the standard acquisition with no prospective correction. The numbers of activated voxels (p<0.001, uncorrected) in both task-based experiments were comparable for the no motion cases and increased by 78% and 330%, respectively, for PMC on versus PMC off in the slow motion cases. The PMC system is a robust solution to decrease the motion sensitivity of multi-shot 3D EPI sequences and thereby overcome one of the main roadblocks to their widespread use in fMRI studies.

Diffraction grating couplers milled in Si3N4 rib waveguides with a focused ion beam

Focused ion beam milling is a processing technology which allows flexible direct writing of nanometer scale features efficiently substituting electron beam lithography. No mask need results in ability for patterns writing even on fragile micromechanical devices. In this work we studied the abilities of the tool for fabrication of diffraction grating couplers in silicon nitride waveguides. The gratings were fabricated on a chip with extra fragile cantilevers of sub micron thickness. Optical characterization of the couplers was done using excitation of the waveguides in visible range by focused Gaussian beams of different waist sizes. Influence of Ga+ implantation on the device performance was studied.

Verkkokäyttöisten tahtimoottorien käynnistyshäiriön tutkiminen

Diplomityössä tutkitaan verkkokäyttöisten harjattomasti magnetoitujen tahtimoottorien käynnistyshäiriötä, jossa moottori magnetoituu vasta useiden sekuntien kuluttua magnetoinnin kytkemisestä magnetointilaitteiston normaalista toiminnasta huolimatta. Syy magnetoitumisen viivästymiseen on magnetointikoneen oikosulkeutuminen roottorin ylijännitesuojana toimivan tyristorihaaran kautta siitä huolimatta, että tyristorihaaran tyristorien on tarkoitus olla johtamattomassa tilassa magnetointikoneen alkaessa syöttää magnetointivirtaa. Syitä tyristorien johtavana pysymiseen magnetoinnin kytkennän jälkeen etsitään tahtimoottorin käynnistyskokeista saatujen mittaustulosten sekä SMT- ja FCSMEK-laskentaohjelmilla tehtyjen käynnistyssimulointien avulla. Samalla arvioidaan ohjelmien käyttökelpoisuutta käynnistyshäiriön ennakoimisessa. Diplomityössä esitetään syyt kahden esimerkkikoneen magnetoitumisen viivästymiseen sekä muutoksia roottoripiiriin ja käynnistysproseduuriin, joiden avulla tutkittu käynnistyshäiriö voitaisiin tulevaisuudessa todennäköisesti välttää.

Maastoajoneuvon korin teräsrakenteiden värähtelyominaisuuksien FEM-analysointimenetelmien kehittäminen

Tämä diplomityö on tehty Patria Vehicles Oy:n toimeksiannosta. Patria Vehicles Oy:n tuotantoon kuuluvat vaativiin maasto-olosuhteisiin soveltuvat sotilasajoneuvot. Tutkimuksen tarkoituksena oli kehittää menetelmäohjeet, kuinka FEM-analyysillä voidaan tutkia tuotekehitysvaiheessa ajoneuvon korin teräsrakenteiden värähtelyominaisuuksia ja dynaamista käyttäytymistä. Tutkimuksessa on käytetty Ideas-FEM-ohjelmistoa. Dynaamisten ongelmien ratkaisemiseksi on ymmärrettävä rakenteiden dynaamista käyttäytymistä. Rakenteiden käyttäytymistä ja muodonmuutoksia on tutkittava kriittisillä ominaistaajuuksilla. Tutkimuksessa on selvitetty, kuinka ajoneuvon elementtimallilla voidaan tehdä ominaisvärähtely- ja vastelaskentaa. Ominaisvärähtelylaskennalla selvitetään rakenteen ominaismuodot ja -taajuudet. Vastelaskennalla tutkitaan erilaisten herätteiden vaikutuksia ajoneuvon dynaamiseen käyttäytymiseen ja määritetään herätteistä rakenteeseen aiheutuvat vasteet ja herätteiden siirtyvyys rakenteessa. Lisäksi tutkitaan herätteiden aiheuttamia todellisia jännityksiä ja siirtymiä, jotta saadaan selville rakenteen todelliset rasitukset. Analyyseillä voidaan tutkia, kuinka ajoneuvon korirakennetta on jäykistettävä ja vaimennettava, jotta siinä ei esiinny haitallista melua ja värähtelyä.