ATR-FTIR spectroscopy and spectroscopic imaging of solvent and permeant diffusion across model membranes

The uptake and diffusion of solvents across polymer membranes is important in controlled drug delivery, effects on drug uptake into, for example, infusion bags and containers, as well as transport across protective clothing. Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spectroscopy has been used to monitor the effects of different solvents on the diffusion of a model compound, 4-cyanophenol (CNP) across silicone membrane and on the equilibrium concentration of CNP obtained in the membrane following diffusion. ATR-FTIR spectroscopic imaging of membrane diffusion was used to gain an understanding of when the boundary conditions applied to Fick's second law, used to model the diffusion of permeants across the silicone membrane do not hold. The imaging experiments indicated that when the solvent was not taken up appreciably into the membrane, the presence of discrete solvent pools between the ATR crystal and the silicone membrane can affect the diffusion profile of the permeant. This effect is more significant if the permeant has a high solubility in the solvent. In contrast, solvents that are taken up into the membrane to a greater extent, or those where the solubility of the permeant in the vehicle is relatively low, were found to show a good fit to the diffusion model. As such these systems allow the ATR-FTIR spectroscopic approach to give mechanistic insight into how the particular solvents enhance permeation. The solubility of CNP in the solvent and the uptake of the solvent into the membrane were found to be important influences on the equilibrium concentration of the permeant obtained in the membrane following diffusion. In general, solvents which were taken up to a significant extent into the membrane and which caused the membrane to swell increased the diffusion coefficient of the permeant in the membrane though other factors such as solvent viscosity may also be important.

A high-resolution soft x-ray spectrometer on the MAST tokamak

A curved crystal spectrometer in Johann configuration has been implemented on MAST to obtain values for electron temperature, ion temperature and toroidal velocity. The spectrometer is used to examine medium Z impurities in the soft x-ray region by utilising a Silicon (111) crystal, bent using a 4 pin bending jig, and a CCD detector (Deltat=8 ms). Helium-like Argon emissions from 3.94 to 4.00 Angstrom have been examined using a crystal radius of 859.77 mm. The Bragg angle and crystal radius can be adjusted with relative ease. The spectrometer can be scanned toroidally and poloidally to include a radial view which facilitates absolute velocity measurements by assuming radial velocity =0. Doppler shifts of 2.3x10(-5) Angstrom (1.8 kms(-1)) can be measured. The line of sight is shared with a neutral particle analyzer, which enables in situ ion temperature comparisons. Ray tracing has been used for the development of new imaging spectrometers, using spherical/toroidal crystals, planned to be implemented on MAST. (C) 2004 American Institute of Physics.

Endoscopic tri-modal imaging improves detection of gastric intestinal metaplasia among a high-risk patient population in Singapore

BACKGROUND: Detection of pre-neoplastic gastric mucosal changes and early gastric cancer (EGC) by white-light endoscopy (WLE) is often difficult. In this study we investigated whether combined autofluorescence imaging (AFI) and narrow band imaging (NBI) can improve detection of pre-neoplastic lesions and early gastric cancer in high-risk patients.

PATIENTS AND METHODS: Chinese patients who were 50-years-old or above with dyspepsia were examined by both high-resolution WLE and combined AFI followed by NBI (AFI-NBI), consecutively in a prospective randomized cross-over setting, by two experienced endoscopists. The primary outcome was diagnostic ability of the two methods for patients with pre-neoplastic lesions such as intestinal metaplasia (IM) and mucosal atrophy.

RESULTS: Sixty-five patients were recruited. One patient with large advanced gastric cancer was found and excluded from the analysis. Among the remaining 64 patients, 38 (59%) had IM; of these, 26 (68%) were correctly identified by AFI-NBI (sensitivity 68%, specificity 23%) and only 13 (34%) by WLE (sensitivity 34%, specificity 65%). AFI-NBI detected more patients with IM than did WLE (p=0.011). Thirty-one patients (48%) had mucosal atrophy. Ten patients (32%) were identified by AFI-NBI (sensitivity 32%, specificity 79%) and four patients (13%) by WLE (sensitivity 13%, specificity 88%) (p=0.100). No dysplasia or EGC was found.

CONCLUSION: AFI-NBI identified significantly more patients with IM than did WLE. Our result warrants further studies to define the role of combined AFI-NBI endoscopy for detection of precancerous conditions.

Ultra-high-resolution Observations of MHD Waves in Photospheric Magnetic Structures

Here we review the recent progress made in the detection, examination, characterisation and interpretation of oscillations manifesting in small-scale magnetic elements in the solar photosphere. This region of the Sun's atmosphere is especially dynamic, and importantly, permeated with an abundance of magnetic field concentrations. Such magnetic features can span diameters of hundreds to many tens of thousands of km, and are thus commonly referred to as the `building blocks' of the magnetic solar atmosphere. However, it is the smallest magnetic elements that have risen to the forefront of solar physics research in recent years. Structures, which include magnetic bright points, are often at the diffraction limit of even the largest of solar telescopes. Importantly, it is the improvements in facilities, instrumentation, imaging techniques and processing algorithms during recent years that have allowed researchers to examine the motions, dynamics and evolution of such features on the smallest spatial and temporal scales to date. It is clear that while these structures may demonstrate significant magnetic field strengths, their small sizes make them prone to the buffeting supplied by the ubiquitous surrounding convective plasma motions. Here, it is believed that magnetohydrodynamic waves can be induced, which propagate along the field lines, carrying energy upwards to the outermost extremities of the solar corona. Such wave phenomena can exist in a variety of guises, including fast and slow magneto-acoustic modes, in addition to Alfven waves. Coupled with rapid advancements in magnetohydrodynamic wave theory, we are now in an ideal position to thoroughly investigate how wave motion is generated in the solar photosphere, which oscillatory modes are most prevalent, and the role that these waves play in supplying energy to various layers of the solar atmosphere.

High Resolution measurement and mapping of tungstate in waters, soils and sediments using the low-disturbance DGT sampling technique.

Increasing tungsten (W) use for industrial and military applications has resulted in greater W discharge into natural waters, soils and sediments. Risk modeling of W transport and fate in the environment relies on measurement of the release/mobilization flux of W in the bulk media and the interfaces between matrix compartments. Diffusive gradients in thin-films (DGT) is a promising passive sampling technique to acquire such information. DGT devices equipped with the newly developed high-resolution binding gels (precipitated zirconia, PZ, or ferrihydrite, PF, gels) or classic/conventional ferrihydrite slurry gel were comprehensively assessed for measuring W in waters. FerrihydriteDGT can measure W at various ionic strengths (0.001–0.5 mol L−1 NaNO3) and pH (4–8), while PZDGT can operate across slightly wider environmental conditions. The three DGT configurations gave comparable results for soil W measurement, showing that typically W resupply is relatively poorly sustained. 1D and 2D high-resolution W profiling across sediment—water and hotspot—bulk media interfaces from Lake Taihu were obtained using PZDGT coupled with laser ablation ICP–MS measurement, and the apparent diffusion fluxes across the interfaces were calculated using a numerical model.

Prostate Cancer: The Role of Multiparametric Magnetic Resonance Imaging

Multiparametric Magnetic Resonance Imaging has been increasingly used for detection, localization and staging of prostate cancer over the last years. It combines high-resolution T2 Weighted-Imaging and at least two functional techniques, which include Dynamic Contrast–Enhanced Magnetic Resonance Imaging, Diffusion-Weighted Imaging, and Magnetic Resonance Imaging Spectroscopy. Although the combined use of a pelvic phased-array and an Endorectal Coil is considered the state-of-the-art for Magnetic Resonance Imaging evaluation of prostate cancer, Endorectal Coil is only absolute mandatory for Magnetic Resonance Imaging Spectroscopy at 1.5 T. Sensitivity and specificity levels in cancer detection and localization have been improving with functional technique implementation, compared to T2 Weighted-Imaging alone. It has been particularly useful to evaluate patients with abnormal PSA and negative biopsy. Moreover, the information added by the functional techniques may correlate to cancer aggressiveness and therefore be useful to select patients for focal radiotherapy, prostate sparing surgery, focal ablative therapy and active surveillance. However, more studies are needed to compare the functional techniques and understand the advantages and disadvantages of each one. This article reviews the basic principles of prostatic mp-Magnetic Resonance Imaging, emphasizing its role on detection, staging and active surveillance of prostate cancer.

Targetting of the ventro-intermediate nucleus using ultra-high field (7T) MRI for gamma knife surgery purposes: A pilot in vivo study on healthy subjects.

INTRODUCTION: Gamma Knife surgery (GKS) is a non-invasive neurosurgical stereotactic procedure, increasingly used as an alternative to open functional procedures. This includes targeting of the ventro-intermediate nucleus of the thalamus (e.g. Vim) for tremor. We currently perform an indirect targeting, as the Vim is not visible on current 3Tesla MRI acquisitions. Our objective was to enhance anatomic imaging (aiming at refining the precision of anatomic target selection by direct visualisation) in patients treated for tremor with Vim GKS, by using high field 7T MRI. MATERIALS AND METHODSH: Five young healthy subjects were scanned on 3 (T1-w and diffusion tensor imaging) and 7T (high-resolution susceptibility weighted images (SWI)) MRI in Lausanne. All images were further integrated for the first time into the Gamma Plan Software(®) (Elekta Instruments, AB, Sweden) and co-registered (with T1 was a reference). A simulation of targeting of the Vim was done using various methods on the 3T images. Furthermore, a correlation with the position of the found target with the 7T SWI was performed. The atlas of Morel et al. (Zurich, CH) was used to confirm the findings on a detailed analysis inside/outside the Gamma Plan. RESULTS: The use of SWI provided us with a superior resolution and an improved image contrast within the basal ganglia. This allowed visualization and direct delineation of some subgroups of thalamic nuclei in vivo, including the Vim. The position of the target, as assessed on 3T, perfectly matched with the supposed one of the Vim on the SWI. Furthermore, a 3-dimensional model of the Vim-target area was created on the basis of the obtained images. CONCLUSION: This is the first report of the integration of SWI high field MRI into the LGP, aiming at the improvement of targeting validation of the Vim in tremor. The anatomical correlation between the direct visualization on 7T and the current targeting methods on 3T (e.g. quadrilatere of Guyot, histological atlases) seems to show a very good anatomical matching. Further studies are needed to validate this technique, both by improving the accuracy of the targeting of the Vim (potentially also other thalamic nuclei) and to perform clinical assessment.

Anatomo-functional magnetic resonance imaging of the spinal cord and its application to the characterization of spinal lesions in cats

Les lésions de la moelle épinière ont un impact significatif sur la qualité de la vie car elles peuvent induire des déficits moteurs (paralysie) et sensoriels. Ces déficits évoluent dans le temps à mesure que le système nerveux central se réorganise, en impliquant des mécanismes physiologiques et neurochimiques encore mal connus. L'ampleur de ces déficits ainsi que le processus de réhabilitation dépendent fortement des voies anatomiques qui ont été altérées dans la moelle épinière. Il est donc crucial de pouvoir attester l'intégrité de la matière blanche après une lésion spinale et évaluer quantitativement l'état fonctionnel des neurones spinaux. Un grand intérêt de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) est qu'elle permet d'imager de façon non invasive les propriétés fonctionnelles et anatomiques du système nerveux central. Le premier objectif de ce projet de thèse a été de développer l'IRM de diffusion afin d'évaluer l'intégrité des axones de la matière blanche après une lésion médullaire. Le deuxième objectif a été d'évaluer dans quelle mesure l'IRM fonctionnelle permet de mesurer l'activité des neurones de la moelle épinière. Bien que largement appliquées au cerveau, l'IRM de diffusion et l'IRM fonctionnelle de la moelle épinière sont plus problématiques. Les difficultés associées à l'IRM de la moelle épinière relèvent de sa fine géométrie (environ 1 cm de diamètre chez l'humain), de la présence de mouvements d'origine physiologique (cardiaques et respiratoires) et de la présence d'artefacts de susceptibilité magnétique induits par les inhomogénéités de champ, notamment au niveau des disques intervertébraux et des poumons. L'objectif principal de cette thèse a donc été de développer des méthodes permettant de contourner ces difficultés. Ce développement a notamment reposé sur l'optimisation des paramètres d'acquisition d'images anatomiques, d'images pondérées en diffusion et de données fonctionnelles chez le chat et chez l'humain sur un IRM à 3 Tesla. En outre, diverses stratégies ont été étudiées afin de corriger les distorsions d'images induites par les artefacts de susceptibilité magnétique, et une étude a été menée sur la sensibilité et la spécificité de l'IRM fonctionnelle de la moelle épinière. Les résultats de ces études démontrent la faisabilité d'acquérir des images pondérées en diffusion de haute qualité, et d'évaluer l'intégrité de voies spinales spécifiques après lésion complète et partielle. De plus, l'activité des neurones spinaux a pu être détectée par IRM fonctionnelle chez des chats anesthésiés. Bien qu'encourageants, ces résultats mettent en lumière la nécessité de développer davantage ces nouvelles techniques. L'existence d'un outil de neuroimagerie fiable et robuste, capable de confirmer les paramètres cliniques, permettrait d'améliorer le diagnostic et le pronostic chez les patients atteints de lésions médullaires. Un des enjeux majeurs serait de suivre et de valider l'effet de diverses stratégies thérapeutiques. De telles outils représentent un espoir immense pour nombre de personnes souffrant de traumatismes et de maladies neurodégénératives telles que les lésions de la moelle épinière, les tumeurs spinales, la sclérose en plaques et la sclérose latérale amyotrophique.

Study of the diffusion in polymer solutions and hydrogels by NMR spectroscopy and NMR imaging

Afin d'étudier la diffusion et la libération de molécules de tailles inférieures dans un gel polymère, les coefficients d'auto-diffusion d'une série de polymères en étoile avec un noyau d'acide cholique et quatre branches de poly(éthylène glycol) (PEG) ont été déterminés par spectroscopie RMN à gradient de champ pulsé dans des solutions aqueuses et des gels de poly(alcool vinylique). Les coefficients de diffusion obtenus ont été comparés avec ceux des PEGs linéaires et dendritiques pour étudier l'effet de l'architecture des polymères. Les polymères en étoile amphiphiles ont des profils de diffusion en fonction de la concentration similaires à leurs homologues linéaires dans le régime dilué. Ils diffusent plus lentement dans le régime semi-dilué en raison de leur noyau hydrophobe. Leurs conformations en solution ont été étudiées par des mesures de temps de relaxation spin-réseau T1 du noyau et des branches. L'imagerie RMN a été utilisée pour étudier le gonflement des comprimés polymères et la diffusion dans la matrice polymère. Les comprimés étaient constitués d'amidon à haute teneur en amylose et chargés avec de l'acétaminophène (de 10 à 40% en poids). Le gonflement des comprimés, ainsi que l'absorption et la diffusion de l'eau, augmentent avec la teneur en médicament, tandis que le pourcentage de libération du médicament est similaire pour tous les comprimés. Le gonflement in vitro des comprimés d'un complexe polyélectrolyte à base d'amidon carboxyméthylé et de chitosane a également été étudié par imagerie RMN. Ces comprimés sont sensibles au pH : ils gonflent beaucoup plus dans les milieux acides que dans les milieux neutres en raison de la dissociation des deux composants et de la protonation des chaînes du chitosane. La comparaison des résultats avec ceux d'amidon à haute teneur en amylose indique que les deux matrices ont des gonflements et des profils de libération du médicament semblables dans les milieux neutres, alors que les comprimés complexes gonflent plus dans les milieux acides en raison de la dissociation du chitosane et de l'amidon.

Analysis of the esophagogastric junction using the 3D high resolution manometry

Contexte & Objectifs : La manométrie perfusée conventionnelle et la manométrie haute résolution (HRM) ont permis le développement d’une variété de paramètres pour mieux comprendre la motilité de l'œsophage et quantifier les caractéristiques de la jonction œsophago-gastrique (JOG). Cependant, l'anatomie de la JOG est complexe et les enregistrements de manométrie détectent à la fois la pression des structures intrinsèques et des structures extrinsèques à l'œsophage. Ces différents composants ont des rôles distincts au niveau de la JOG. Les pressions dominantes ainsi détectées au niveau de la JOG sont attribuables au sphincter œsophagien inférieur (SOI) et aux piliers du diaphragme (CD), mais aucune des technologies manométriques actuelles n’est capable de distinguer ces différents composants de la JOG. Lorsqu’on analyse les caractéristiques de la JOG au repos, celle ci se comporte avant tout comme une barrière antireflux. Les paramètres manométriques les plus couramment utilisés dans ce but sont la longueur de la JOG et le point d’inversion respiratoire (RIP), défini comme le lieu où le pic de la courbe de pression inspiratoire change de positif (dans l’abdomen) à négatif (dans le thorax), lors de la classique manœuvre de « pull-through ». Cependant, l'importance de ces mesures reste marginale comme en témoigne une récente prise de position de l’American Gastroenterology Association Institute (AGAI) (1) qui concluait que « le rôle actuel de la manométrie dans le reflux gastro-œsophagien (RGO) est d'exclure les troubles moteurs comme cause des symptômes présentés par la patient ». Lors de la déglutition, la mesure objective de la relaxation de la JOG est la pression de relaxation intégrée (IRP), qui permet de faire la distinction entre une relaxation normale et une relaxation anormale de la JOG. Toutefois, puisque la HRM utilise des pressions moyennes à chaque niveau de capteurs, certaines études de manométrie laissent suggérer qu’il existe une zone de haute pression persistante au niveau de la JOG même si un transit est mis en évidence en vidéofluoroscopie. Récemment, la manométrie haute résolution « 3D » (3D-HRM) a été développée (Given Imaging, Duluth, GA) avec le potentiel de simplifier l'évaluation de la morphologie et de la physiologie de la JOG. Le segment « 3D » de ce cathéter de HRM permet l'enregistrement de la pression à la fois de façon axiale et radiale tout en maintenant une position fixe de la sonde, et évitant ainsi la manœuvre de « pull-through ». Par conséquent, la 3D-HRM devrait permettre la mesure de paramètres importants de la JOG tels que sa longueur et le RIP. Les données extraites de l'enregistrement fait par 3D-HRM permettraient également de différencier les signaux de pression attribuables au SOI des éléments qui l’entourent. De plus, l’enregistrement des pressions de façon radiaire permettrait d’enregistrer la pression minimale de chaque niveau de capteurs et devrait corriger cette zone de haute pression parfois persistante lors la déglutition. Ainsi, les objectifs de ce travail étaient: 1) de décrire la morphologie de la JOG au repos en tant que barrière antireflux, en comparant les mesures effectuées avec la 3D-HRM en temps réel, par rapport à celle simulées lors d’une manœuvre de « pull-through » et de déterminer quelles sont les signatures des pressions attribuables au SOI et au diaphragme; 2) d’évaluer la relaxation de la JOG pendant la déglutition en testant l'hypothèse selon laquelle la 3D-HRM permet le développement d’un nouveau paradigme (appelé « 3D eSleeve ») pour le calcul de l’IRP, fondé sur l’utilisation de la pression radiale minimale à chaque niveau de capteur de pression le long de la JOG. Ce nouveau paradigme sera comparé à une étude de transit en vidéofluoroscopie pour évaluer le gradient de pression à travers la JOG. Méthodes : Nous avons utilisé un cathéter 3D-HRM, qui incorpore un segment dit « 3D » de 9 cm au sein d’un cathéter HRM par ailleurs standard. Le segment 3D est composé de 12 niveaux (espacés de 7.5mm) de 8 capteurs de pression disposés radialement, soit un total de 96 capteurs. Neuf volontaires ont été étudiés au repos, où des enregistrements ont été effectués en temps réel et pendant une manœuvre de « pull-through » du segment 3D (mobilisation successive du cathéter de 5 mm, pour que le segment 3D se déplace le long de la JOG). Les mesures de la longueur du SOI et la détermination du RIP ont été réalisées. La longueur de la JOG a été mesurée lors du « pull-through » en utilisant 4 capteurs du segment 3D dispersés radialement et les marges de la JOG ont été définies par une augmentation de la pression de 2 mmHg par rapport à la pression gastrique ou de l’œsophage. Pour le calcul en temps réel, les limites distale et proximale de la JOG ont été définies par une augmentation de pression circonférentielle de 2 mmHg par rapport à la pression de l'estomac. Le RIP a été déterminée, A) dans le mode de tracé conventionnel avec la méthode du « pull-through » [le RIP est la valeur moyenne de 4 mesures] et B) en position fixe, dans le mode de représentation topographique de la pression de l’œsophage, en utilisant l’outil logiciel pour déterminer le point d'inversion de la pression (PIP). Pour l'étude de la relaxation de la JOG lors de la déglutition, 25 volontaires ont été étudiés et ont subi 3 études de manométrie (10 déglutitions de 5ml d’eau) en position couchée avec un cathéter HRM standard et un cathéter 3D-HRM. Avec la 3D-HRM, l’analyse a été effectuée une fois avec le segment 3D et une fois avec une partie non 3D du cathéter (capteurs standard de HRM). Ainsi, pour chaque individu, l'IRP a été calculée de quatre façons: 1) avec la méthode conventionnelle en utilisant le cathéter HRM standard, 2) avec la méthode conventionnelle en utilisant le segment standard du cathéter 3D-HRM, 3) avec la méthode conventionnelle en utilisant le segment « 3D » du cathéter 3D-HRM, et 4) avec le nouveau paradigme (3D eSleeve) qui recueille la pression minimale de chaque niveau de capteurs (segment 3D). Quatorze autres sujets ont subi une vidéofluoroscopie simultanée à l’étude de manométrie avec le cathéter 3D-HRM. Les données de pression ont été exportés vers MATLAB ™ et quatre pressions ont été mesurées simultanément : 1) la pression du corps de l’œsophage, 2cm au-dessus de la JOG, 2) la pression intragastrique, 3) la pression radiale moyenne de la JOG (pression du eSleeve) et 4) la pression de la JOG en utilisant la pression minimale de chaque niveau de capteurs (pression du 3D eSleeve). Ces données ont permis de déterminer le temps permissif d'écoulement du bolus (FPT), caractérisé par la période au cours de laquelle un gradient de pression existe à travers la JOG (pression œsophagienne > pression de relaxation de la JOG > pression gastrique). La présence ou l'absence du bolus en vidéofluoroscopie et le FPT ont été codés avec des valeurs dichotomiques pour chaque période de 0,1 s. Nous avons alors calculé la sensibilité et la spécificité correspondant à la valeur du FPT pour la pression du eSleeve et pour la pression du 3D eSleeve, avec la vidéofluoroscopie pour référence. Résultats : Les enregistrements avec la 3D-HRM laissent suggérer que la longueur du sphincter évaluée avec la méthode du « pull-through » était grandement exagéré en incorporant dans la mesure du SOI les signaux de pression extrinsèques à l’œsophage, asymétriques et attribuables aux piliers du diaphragme et aux structures vasculaires. L’enregistrement en temps réel a permis de constater que les principaux constituants de la pression de la JOG au repos étaient attribuables au diaphragme. L’IRP calculé avec le nouveau paradigme 3D eSleeve était significativement inférieur à tous les autres calculs d'IRP avec une limite supérieure de la normale de 12 mmHg contre 17 mmHg pour l’IRP calculé avec la HRM standard. La sensibilité (0,78) et la spécificité (0,88) du 3D eSleeve étaient meilleurs que le eSleeve standard (0,55 et 0,85 respectivement) pour prédire le FPT par rapport à la vidéofluoroscopie. Discussion et conclusion : Nos observations suggèrent que la 3D-HRM permet l'enregistrement en temps réel des attributs de la JOG, facilitant l'analyse des constituants responsables de sa fonction au repos en tant que barrière antireflux. La résolution spatiale axiale et radiale du segment « 3D » pourrait permettre de poursuivre cette étude pour quantifier les signaux de pression de la JOG attribuable au SOI et aux structures extrinsèques (diaphragme et artéfacts vasculaires). Ces attributs du cathéter 3D-HRM suggèrent qu'il s'agit d'un nouvel outil prometteur pour l'étude de la physiopathologie du RGO. Au cours de la déglutition, nous avons évalué la faisabilité d’améliorer la mesure de l’IRP en utilisant ce nouveau cathéter de manométrie 3D avec un nouveau paradigme (3D eSleeve) basé sur l’utilisation de la pression radiale minimale à chaque niveau de capteurs de pression. Nos résultats suggèrent que cette approche est plus précise que celle de la manométrie haute résolution standard. La 3D-HRM devrait certainement améliorer la précision des mesures de relaxation de la JOG et cela devrait avoir un impact sur la recherche pour modéliser la JOG au cours de la déglutition et dans le RGO.

Synergistic angular and spectral estimation of aerosol properties using CHRIS/PROBA-1 and simulated Sentinel-3~data

A method has been developed to estimate Aerosol Optical Depth (AOD), Fine Mode Fraction (FMF) and Single Scattering Albedo (SSA) over land surfaces using simulated Sentinel-3 data. The method uses inversion of a coupled surface/atmosphere radiative transfer model, and includes a general physical model of angular surface reflectance. An iterative process is used to determine the optimum value of the aerosol properties providing the best fit of the corrected reflectance values for a number of view angles and wavelengths with those provided by the physical model. A method of estimating AOD using only angular retrieval has previously been demonstrated on data from the ENVISAT and PROBA-1 satellite instruments, and is extended here to the synergistic spectral and angular sampling of Sentinel-3 and the additional aerosol properties. The method is tested using hyperspectral, multi-angle Compact High Resolution Imaging Spectrometer (CHRIS) images. The values obtained from these CHRIS observations are validated using ground based sun-photometer measurements. Results from 22 image sets using the synergistic retrieval and improved aerosol models show an RMSE of 0.06 in AOD, reduced to 0.03 over vegetated targets.

Synergistic angular and spectral estimation of aerosol properties using CHRIS/PROBA-1 and simulated Sentinel-3 data

We develop a method to derive aerosol properties over land surfaces using combined spectral and angular information, such as available from ESA Sentinel-3 mission, to be launched in 2015. A method of estimating aerosol optical depth (AOD) using only angular retrieval has previously been demonstrated on data from the ENVISAT and PROBA-1 satellite instruments, and is extended here to the synergistic spectral and angular sampling of Sentinel-3. The method aims to improve the estimation of AOD, and to explore the estimation of fine mode fraction (FMF) and single scattering albedo (SSA) over land surfaces by inversion of a coupled surface/atmosphere radiative transfer model. The surface model includes a general physical model of angular and spectral surface reflectance. An iterative process is used to determine the optimum value of the aerosol properties providing the best fit of the corrected reflectance values to the physical model. The method is tested using hyperspectral, multi-angle Compact High Resolution Imaging Spectrometer (CHRIS) images. The values obtained from these CHRIS observations are validated using ground-based sun photometer measurements. Results from 22 image sets using the synergistic retrieval and improved aerosol models show an RMSE of 0.06 in AOD, reduced to 0.03 over vegetated targets.

Texture analysis of high resolution MRI allows discrimination between febrile and afebrile initial precipitating injury in mesial temporal sclerosis

A computational pipeline combining texture analysis and pattern classification algorithms was developed for investigating associations between high-resolution MRI features and histological data. This methodology was tested in the study of dentate gyrus images of sclerotic hippocampi resected from refractory epilepsy patients. Images were acquired using a simple surface coil in a 3.0T MRI scanner. All specimens were subsequently submitted to histological semiquantitative evaluation. The computational pipeline was applied for classifying pixels according to: a) dentate gyrus histological parameters and b) patients' febrile or afebrile initial precipitating insult history. The pipeline results for febrile and afebrile patients achieved 70% classification accuracy, with 78% sensitivity and 80% specificity [area under the reader observer characteristics (ROC) curve: 0.89]. The analysis of the histological data alone was not sufficient to achieve significant power to separate febrile and afebrile groups. Interesting enough, the results from our approach did not show significant correlation with histological parameters (which per se were not enough to classify patient groups). These results showed the potential of adding computational texture analysis together with classification methods for detecting subtle MRI signal differences, a method sufficient to provide good clinical classification. A wide range of applications of this pipeline can also be used in other areas of medical imaging. Magn Reson Med, 2012. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Processing of high resolution magic angle spinning spectra of breast cancer cells by the filter diagonalization method

Proton nuclear magnetic resonance (H-1 NMR) spectroscopy for detection of biochemical changes in biological samples is a successful technique. However, the achieved NMR resolution is not sufficiently high when the analysis is performed with intact cells. To improve spectral resolution, high resolution magic angle spinning (HR-MAS) is used and the broad signals are separated by a T-2 filter based on the CPMG pulse sequence. Additionally, HR-MAS experiments with a T-2 filter are preceded by a water suppression procedure. The goal of this work is to demonstrate that the experimental procedures of water suppression and T-2 or diffusing filters are unnecessary steps when the filter diagonalization method (FDM) is used to process the time domain HR-MAS signals. Manipulation of the FDM results, represented as a tabular list of peak positions, widths, amplitudes and phases, allows the removal of water signals without the disturbing overlapping or nearby signals. Additionally, the FDM can also be used for phase correction and noise suppression, and to discriminate between sharp and broad lines. Results demonstrate the applicability of the FDM post-acquisition processing to obtain high quality HR-MAS spectra of heterogeneous biological materials.

A complete CMOS UWB timed-array transmitter with a 3D Vivaldi antenna array for electronic high-resolution beam spatial scanning

We present a new Ultra Wide Band (UWB) Timed- Array Transmitter System with Beamforming capability for high-resolution remote acquisition of vital signals. The system consists of four identical channels, where each is formed of a serial topology with three modules: programmable delay circuit (PDC or τ), a novel UWB 5th Gaussian Derivative order pulse generator circuit (PG), and a planar Vivaldi antenna. The circuit was designed using 0.18μm CMOS standard process and the planar antenna array was designed with filmconductor on Rogers RO3206 substrate. Spice simulations results showed the pulse generation with 104 mVpp amplitude and 500 ps width. The power consumption is 543 μW, and energy consumption 0.27 pJ per pulse using a 2V power supply at a pulse repetition rate (PRR) of 100 MHz. Electromagnetic simulations results, using CST Microwave (MW) Studio 2011, showed the main lobe radiation with a gain maximum of 13.2 dB, 35.5º x 36.7º angular width, and a beam steering between 17º and -11º for azimuthal (θ) angles and 17º and -18º for elevation (φ) angles at the center frequency of 6 GHz