Suppression of long-branch attraction artefacts in the animal phylogeny using a site-heterogeneous model

Affiliation: Département de Biochimie, Université de Montréal

An Epistemic Argument in Support of Liberal Neutrality

My aim in the present paper is to develop a new kind of argument in support of the ideal of liberal neutrality. This argument combines some basic moral principles with a thesis about the relationship between the correct standards of justification for a belief/action and certain contextual factors. The idea is that the level of importance of what is at stake in a specific context of action determines how demanding the correct standards to justify an action based on a specific set of beliefs ought to be. In certain exceptional contexts –where the seriousness of harm in case of mistake and the level of an agent’s responsibility for the outcome of his action are specially high– a very small probability of making a mistake should be recognized as a good reason to avoid to act based on beliefs that we nonetheless affirm with a high degree of confidence and that actually justify our action in other contexts. The further steps of the argument consist in probing 1) that the fundamental state’s policies are such a case of exceptional context, 2) that perfectionist policies are the type of actions we should avoid, and 3) that policies that satisfy neutral standards of justification are not affected by the reasons which lead to reject perfectionist policies.

La salmonellose chez les bovins laitiers : présentation clinique et culture bactériologique

Huit cent trente et un troupeaux de vaches laitières répartis dans 5 états américains ont été enrôlés dans une étude de cohorte prospective. Un modèle d’équations d'estimation généralisées a été utilisé pour étudier l'association entre les signes cliniques et la détection de salmonelles dans les fèces des animaux soupçonnés de salmonellose clinique. La sensibilité et la spécificité de la culture bactériologique ont été estimées à l’aide d’un modèle de classes latentes. Dix-huit pour cent des 874 échantillons provenant de veaux et 29% des 1479 échantillons de vaches adultes étaient positifs pour Salmonella spp. Il n’a pas été possible d’établir une association claire entre les différents signes cliniques observés et la détection de salmonelles. Les 2 sérotypes les plus fréquemment isolés étaient Typhimurium et Newport. La probabilité de détecter des salmonelles était plus élevée chez les veaux où un autre agent entéropathogène était également détecté. La proportion d’échantillons positifs était plus élevée parmi les vaches ayant reçu des antibiotiques dans les jours précédant l’échantillonnage. La sensibilité de la culture a été estimée à 0,48 (intervalle de crédibilité à 95% [ICr95%]: 0,22-0,95) pour les veaux et 0,78 (ICr95%: 0,55-0,99) pour les vaches. La spécificité de la culture était de 0,94 (ICr95%: 0,87-1,00) pour les veaux et de 0,96 (ICr95%: 0,90-1,00) pour les vaches. Malgré une sensibilité imparfaite, la culture bactériologique demeure utile pour obtenir une meilleure estimation de la probabilité post-test de salmonellose clinique chez un bovin laitier, par rapport à la probabilité estimée suite au seul examen clinique.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Bootstrap for panel data models with an application to the evaluation of public policies

Le but de cette thèse est d étendre la théorie du bootstrap aux modèles de données de panel. Les données de panel s obtiennent en observant plusieurs unités statistiques sur plusieurs périodes de temps. Leur double dimension individuelle et temporelle permet de contrôler l 'hétérogénéité non observable entre individus et entre les périodes de temps et donc de faire des études plus riches que les séries chronologiques ou les données en coupe instantanée. L 'avantage du bootstrap est de permettre d obtenir une inférence plus précise que celle avec la théorie asymptotique classique ou une inférence impossible en cas de paramètre de nuisance. La méthode consiste à tirer des échantillons aléatoires qui ressemblent le plus possible à l échantillon d analyse. L 'objet statitstique d intérêt est estimé sur chacun de ses échantillons aléatoires et on utilise l ensemble des valeurs estimées pour faire de l inférence. Il existe dans la littérature certaines application du bootstrap aux données de panels sans justi cation théorique rigoureuse ou sous de fortes hypothèses. Cette thèse propose une méthode de bootstrap plus appropriée aux données de panels. Les trois chapitres analysent sa validité et son application. Le premier chapitre postule un modèle simple avec un seul paramètre et s 'attaque aux propriétés théoriques de l estimateur de la moyenne. Nous montrons que le double rééchantillonnage que nous proposons et qui tient compte à la fois de la dimension individuelle et la dimension temporelle est valide avec ces modèles. Le rééchantillonnage seulement dans la dimension individuelle n est pas valide en présence d hétérogénéité temporelle. Le ré-échantillonnage dans la dimension temporelle n est pas valide en présence d'hétérogénéité individuelle. Le deuxième chapitre étend le précédent au modèle panel de régression. linéaire. Trois types de régresseurs sont considérés : les caractéristiques individuelles, les caractéristiques temporelles et les régresseurs qui évoluent dans le temps et par individu. En utilisant un modèle à erreurs composées doubles, l'estimateur des moindres carrés ordinaires et la méthode de bootstrap des résidus, on montre que le rééchantillonnage dans la seule dimension individuelle est valide pour l'inférence sur les coe¢ cients associés aux régresseurs qui changent uniquement par individu. Le rééchantillonnage dans la dimen- sion temporelle est valide seulement pour le sous vecteur des paramètres associés aux régresseurs qui évoluent uniquement dans le temps. Le double rééchantillonnage est quand à lui est valide pour faire de l inférence pour tout le vecteur des paramètres. Le troisième chapitre re-examine l exercice de l estimateur de différence en di¤érence de Bertrand, Duflo et Mullainathan (2004). Cet estimateur est couramment utilisé dans la littérature pour évaluer l impact de certaines poli- tiques publiques. L exercice empirique utilise des données de panel provenant du Current Population Survey sur le salaire des femmes dans les 50 états des Etats-Unis d Amérique de 1979 à 1999. Des variables de pseudo-interventions publiques au niveau des états sont générées et on s attend à ce que les tests arrivent à la conclusion qu il n y a pas d e¤et de ces politiques placebos sur le salaire des femmes. Bertrand, Du o et Mullainathan (2004) montre que la non-prise en compte de l hétérogénéité et de la dépendance temporelle entraîne d importantes distorsions de niveau de test lorsqu'on évalue l'impact de politiques publiques en utilisant des données de panel. Une des solutions préconisées est d utiliser la méthode de bootstrap. La méthode de double ré-échantillonnage développée dans cette thèse permet de corriger le problème de niveau de test et donc d'évaluer correctement l'impact des politiques publiques.

Economic evaluation of benzodiazepines versus cognitive behavioural therapy among older adults with chronic insomnia

L’insomnie, commune auprès de la population gériatrique, est typiquement traitée avec des benzodiazépines qui peuvent augmenter le risque des chutes. La thérapie cognitive-comportementale (TCC) est une intervention non-pharmacologique ayant une efficacité équivalente et aucun effet secondaire. Dans la présente thèse, le coût des benzodiazépines (BZD) sera comparé à celui de la TCC dans le traitement de l’insomnie auprès d’une population âgée, avec et sans considération du coût additionnel engendré par les chutes reliées à la prise des BZD. Un modèle d’arbre décisionnel a été conçu et appliqué selon la perspective du système de santé sur une période d’un an. Les probabilités de chutes, de visites à l’urgence, d’hospitalisation avec et sans fracture de la hanche, les données sur les coûts et sur les utilités ont été recueillies à partir d’une revue de la littérature. Des analyses sur le coût des conséquences, sur le coût-utilité et sur les économies potentielles ont été faites. Des analyses de sensibilité probabilistes et déterministes ont permis de prendre en considération les estimations des données. Le traitement par BZD coûte 30% fois moins cher que TCC si les coûts reliés aux chutes ne sont pas considérés (231$ CAN vs 335$ CAN/personne/année). Lorsque le coût relié aux chutes est pris en compte, la TCC s’avère être l’option la moins chère (177$ CAN d’économie absolue/ personne/année, 1,357$ CAN avec les BZD vs 1,180$ pour la TCC). La TCC a dominé l’utilisation des BZD avec une économie moyenne de 25, 743$ CAN par QALY à cause des chutes moins nombreuses observées avec la TCC. Les résultats des analyses d’économies d’argent suggèrent que si la TCC remplaçait le traitement par BZD, l’économie annuelle directe pour le traitement de l’insomnie serait de 441 millions de dollars CAN avec une économie cumulative de 112 billions de dollars canadiens sur une période de cinq ans. D’après le rapport sensibilité, le traitement par BZD coûte en moyenne 1,305$ CAN, écart type 598$ (étendue : 245-2,625)/personne/année alors qu’il en coûte moyenne 1,129$ CAN, écart type 514$ (étendue : 342-2,526)/personne/année avec la TCC. Les options actuelles de remboursement de traitements pharmacologiques au lieu des traitements non-pharmacologiques pour l’insomnie chez les personnes âgées ne permettent pas d’économie de coûts et ne sont pas recommandables éthiquement dans une perspective du système de santé.

Apport de l’expertise d’un hygiéniste au diagnostic de l’asthme professionnel

Introduction : L’asthme professionnel (AP) est diagnostiqué au Québec avec le test de provocation bronchique spécifique (TPS). Le TPS consiste à exposer le patient à un agent causal suspecté en vue de provoquer une réaction asthmatique. Un TPS négatif est possible quand un agent causal a été omis de l’histoire professionnelle du patient. L’évaluation des expositions professionnelles par une expertise en hygiène en santé du travail est considérée comme une méthode précise, lorsque des données de mesure ne sont pas disponibles. Cependant, l'apport de cette méthode dans le diagnostic de l’AP n'a jamais été examiné dans un contexte clinique. Objectifs : Déterminer l'apport de l'évaluation des expositions professionnelles par une expertise en hygiène du travail dans l'investigation de l'AP. Comparer les expositions professionnelles détectées par un clinicien et par un hygiéniste chez 1) des sujets avec de l’AP prouvé par des TPS positifs, 2) chez des sujets avec des TPS négatifs. Méthodes : Une analyse des expositions potentielles par le clinicien a précédé la réalisation du TPS. Une évaluation des expositions professionnelles a été réalisée par un hygiéniste. L’hygiéniste n’avait pas connaissance du diagnostic du patient. Résultats : 120 sujets (TPS positifs : 67 négatifs :53) ont été enrôlés dans l’étude. L’hygiéniste a identifié l’agent causal dans la très grande majorité des TPS positifs. Dans 33 TPS négatifs, l’hygiéniste a détecté des agents sensibilisants non identifiés par le médecin. Conclusion : L’évaluation des expositions professionnelles par une expertise en hygiène du travail est une méthode pouvant compléter l'évaluation clinique pour la détection d’agents sensibilisants associés à l’AP. L’inclusion de cette approche dans l’évaluation clinique de l’AP aurait comme effet de réduire la survenance d’un diagnostic erroné.

L’illusion des signaux pénaux : l’effet tendancieux de l’impunité différentielle

Réalisé sous la co-direction de Pierre Tremblay

Evanescent Wave Fibre Optic Sensors for Trace Analysis of Fe3+ in Water

In this communication, we discuss the details of fabricating an off-line fibre optic sensor (FOS) based on evanescent wave absorption for detecting trace amounts of Fe3+ in water. Two types of FOS are developed; one type uses the unclad portion of a multimode silica fibre as the sensing region whereas the other employs the microbent portion of a multimode plastic fibre as the sensing region. Sensing is performed by measuring the absorption of the evanescent wave in a reagent medium surrounding the sensing region. To evaluate the relative merits of the two types of FOS in Fe3+ sensing, a comparative study of the sensors is made, which reveals the superiority of the latter in many respects, such as smaller sensing length, use of a double detection scheme (for detecting both core and cladding modes) and higher sensitivity of cladding mode detection at an intermediate range of concentration along with the added advantage that plastic fibres are inexpensive. A detection limit of 1 ppb is observed in both types of fibre and the range of detection can be as large as 1 ppb–50 ppm. All the measurements are carried out using a LabVIEW set-up.

Evanescent wave fibre optic sensors for trace analysis of Fe3+ in water

In this communication, we discuss the details of fabricating an off-line fibre optic sensor (FOS) based on evanescent wave absorption for detecting trace amounts of Fe3+ in water. Two types of FOS are developed; one type uses the unclad portion of a multimode silica fibre as the sensing region whereas the other employs the microbent portion of a multimode plastic fibre as the sensing region. Sensing is performed by measuring the absorption of the evanescent wave in a reagent medium surrounding the sensing region. To evaluate the relative merits of the two types of FOS in Fe3+ sensing, a comparative study of the sensors is made, which reveals the superiority of the latter in many respects, such as smaller sensing length, use of a double detection scheme (for detecting both core and cladding modes) and higher sensitivity of cladding mode detection at an intermediate range of concentration along with the added advantage that plastic fibres are inexpensive. A detection limit of 1 ppb is observed in both types of fibre and the range of detection can be as large as 1 ppb–50 ppm. All the measurements are carried out using a LabVIEW set-up.

Evanescent wave fibre optic sensors for trace analysis of Fe3+ in water

In this communication, we discuss the details of fabricating an off-line fibre optic sensor (FOS) based on evanescent wave absorption for detecting trace amounts of Fe3+ in water. Two types of FOS are developed; one type uses the unclad portion of a multimode silica fibre as the sensing region whereas the other employs the microbent portion of a multimode plastic fibre as the sensing region. Sensing is performed by measuring the absorption of the evanescent wave in a reagent medium surrounding the sensing region. To evaluate the relative merits of the two types of FOS in Fe3+ sensing, a comparative study of the sensors is made, which reveals the superiority of the latter in many respects, such as smaller sensing length, use of a double detection scheme (for detecting both core and cladding modes) and higher sensitivity of cladding mode detection at an intermediate range of concentration along with the added advantage that plastic fibres are inexpensive. A detection limit of 1 ppb is observed in both types of fibre and the range of detection can be as large as 1 ppb–50 ppm. All the measurements are carried out using a LabVIEW set-up.

Evanescent wave fibre optic sensors for trace analysis of Fe3+ in water

In this communication, we discuss the details of fabricating an off-line fibre optic sensor (FOS) based on evanescent wave absorption for detecting trace amounts of Fe3+ in water. Two types of FOS are developed; one type uses the unclad portion of a multimode silica fibre as the sensing region whereas the other employs the microbent portion of a multimode plastic fibre as the sensing region. Sensing is performed by measuring the absorption of the evanescent wave in a reagent medium surrounding the sensing region. To evaluate the relative merits of the two types of FOS in Fe3+ sensing, a comparative study of the sensors is made, which reveals the superiority of the latter in many respects, such as smaller sensing length, use of a double detection scheme (for detecting both core and cladding modes) and higher sensitivity of cladding mode detection at an intermediate range of concentration along with the added advantage that plastic fibres are inexpensive. A detection limit of 1 ppb is observed in both types of fibre and the range of detection can be as large as 1 ppb–50 ppm. All the measurements are carried out using a LabVIEW set-up.

Consequence modelling,vulnerability assessment and fuzzy fault tree analysis of hazardous storages in an industrial area

The hazards associated with major accident hazard (MAH) industries are fire, explosion and toxic gas releases. Of these, toxic gas release is the worst as it has the potential to cause extensive fatalities. Qualitative and quantitative hazard analyses are essential for the identitication and quantification of the hazards associated with chemical industries. This research work presents the results of a consequence analysis carried out to assess the damage potential of the hazardous material storages in an industrial area of central Kerala, India. A survey carried out in the major accident hazard (MAH) units in the industrial belt revealed that the major hazardous chemicals stored by the various industrial units are ammonia, chlorine, benzene, naphtha, cyclohexane, cyclohexanone and LPG. The damage potential of the above chemicals is assessed using consequence modelling. Modelling of pool fires for naphtha, cyclohexane, cyclohexanone, benzene and ammonia are carried out using TNO model. Vapor cloud explosion (VCE) modelling of LPG, cyclohexane and benzene are carried out using TNT equivalent model. Boiling liquid expanding vapor explosion (BLEVE) modelling of LPG is also carried out. Dispersion modelling of toxic chemicals like chlorine, ammonia and benzene is carried out using the ALOHA air quality model. Threat zones for different hazardous storages are estimated based on the consequence modelling. The distance covered by the threat zone was found to be maximum for chlorine release from a chlor-alkali industry located in the area. The results of consequence modelling are useful for the estimation of individual risk and societal risk in the above industrial area.Vulnerability assessment is carried out using probit functions for toxic, thermal and pressure loads. Individual and societal risks are also estimated at different locations. Mapping of threat zones due to different incident outcome cases from different MAH industries is done with the help of Are GIS.Fault Tree Analysis (FTA) is an established technique for hazard evaluation. This technique has the advantage of being both qualitative and quantitative, if the probabilities and frequencies of the basic events are known. However it is often difficult to estimate precisely the failure probability of the components due to insufficient data or vague characteristics of the basic event. It has been reported that availability of the failure probability data pertaining to local conditions is surprisingly limited in India. This thesis outlines the generation of failure probability values of the basic events that lead to the release of chlorine from the storage and filling facility of a major chlor-alkali industry located in the area using expert elicitation and proven fuzzy logic. Sensitivity analysis has been done to evaluate the percentage contribution of each basic event that could lead to chlorine release. Two dimensional fuzzy fault tree analysis (TDFFTA) has been proposed for balancing the hesitation factor invo1ved in expert elicitation .

Finite Element Analysis of Warship Structures

Warships are generally sleek, slender with V shaped sections and block coefficient below 0.5, compared to fuller forms and higher values for commercial ships. They normally operate in the higher Froude number regime, and the hydrodynamic design is primarily aimed at achieving higher speeds with the minimum power. Therefore the structural design and analysis methods are different from those for commercial ships. Certain design guidelines have been given in documents like Naval Engineering Standards and one of the new developments in this regard is the introduction of classification society rules for the design of warships.The marine environment imposes subjective and objective uncertainties on ship structure. The uncertainties in loads, material properties etc.,. make reliable predictions of ship structural response a difficult task. Strength, stiffness and durability criteria for warship structures can be established by investigations on elastic analysis, ultimate strength analysis and reliability analysis. For analysis of complicated warship structures, special means and valid approximations are required.Preliminary structural design of a frigate size ship has been carried out . A finite element model of the hold model, representative of the complexities in the geometric configuration has been created using the finite element software NISA. Two other models representing the geometry to a limited extent also have been created —- one with two transverse frames and the attached plating alongwith the longitudinal members and the other representing the plating and longitudinal stiffeners between two transverse frames. Linear static analysis of the three models have been carried out and each one with three different boundary conditions. The structural responses have been checked for deflections and stresses against the permissible values. The structure has been found adequate in all the cases. The stresses and deflections predicted by the frame model are comparable with those of the hold model. But no such comparison has been realized for the interstiffener plating model with the other two models.Progressive collapse analyses of the models have been conducted for the three boundary conditions, considering geometric nonlinearity and then combined geometric and material nonlinearity for the hold and the frame models. von Mises — lllyushin yield criteria with elastic-perfectly plastic stress-strain curve has been chosen. ln each case, P-Delta curves have been generated and the ultimate load causing failure (ultimate load factor) has been identified as a multiple of the design load specified by NES.Reliability analysis of the hull module under combined geometric and material nonlinearities have been conducted. The Young's Modulus and the shell thickness have been chosen as the variables. Randomly generated values have been used in the analysis. First Order Second Moment has been used to predict the reliability index and thereafter, the probability of failure. The values have been compared against standard values published in literature.

Development of Free Space Method for Material Characterisation and GPR Study & A Case Study on Biological Samples

The thesis mainly focuses on material characterization in different environments: freely available samples taken in planar fonn, biological samples available in small quantities and buried objects.Free space method, finds many applications in the fields of industry, medicine and communication. As it is a non-contact method, it can be employed for monitoring the electrical properties of materials moving through a conveyor belt in real time. Also, measurement on such systems at high temperature is possible. NID theory can be applied to the characterization of thin films. Dielectric properties of thin films deposited on any dielectric substrate can be determined. ln chemical industry, the stages of a chemical reaction can be monitored online. Online monitoring will be more efficient as it saves time and avoids risk of sample collection.Dielectric contrast is one of the main factors, which decides the detectability of a system. lt could be noted that the two dielectric objects of same dielectric constant 3.2 (s, of plastic mine) placed in a medium of dielectric constant 2.56 (er of sand) could even be detected employing the time domain analysis of the reflected signal. This type of detection finds strategic importance as it provides solution to the problem of clearance of non-metallic mines. The demining of these mines using the conventional techniques had been proved futile. The studies on the detection of voids and leakage in pipes find many applications.The determined electrical properties of tissues can be used for numerical modeling of cells, microwave imaging, SAR test etc. All these techniques need the accurate determination of dielectric constant. ln the modem world, the use of cellular and other wireless communication systems is booming up. At the same time people are concemed about the hazardous effects of microwaves on living cells. The effect is usually studied on human phantom models. The construction of the models requires the knowledge of the dielectric parameters of the various body tissues. lt is in this context that the present study gains significance. The case study on biological samples shows that the properties of normal and infected body tissues are different. Even though the change in the dielectric properties of infected samples from that of normal one may not be a clear evidence of an ailment, it is an indication of some disorder.ln medical field, the free space method may be adapted for imaging the biological samples. This method can also be used in wireless technology. Evaluation of electrical properties and attenuation of obstacles in the path of RF waves can be done using free waves. An intelligent system for controlling the power output or frequency depending on the feed back values of the attenuation may be developed.The simulation employed in GPR can be extended for the exploration of the effects due to the factors such as the different proportion of water content in the soil, the level and roughness of the soil etc on the reflected signal. This may find applications in geological explorations. ln the detection of mines, a state-of-the art technique for scanning and imaging an active mine field can be developed using GPR. The probing antenna can be attached to a robotic arm capable of three degrees of rotation and the whole detecting system can be housed in a military vehicle. In industry, a system based on the GPR principle can be developed for monitoring liquid or gas through a pipe, as pipe with and without the sample gives different reflection responses. lt may also be implemented for the online monitoring of different stages of extraction and purification of crude petroleum in a plant.Since biological samples show fluctuation in the dielectric nature with time and other physiological conditions, more investigation in this direction should be done. The infected cells at various stages of advancement and the normal cells should be analysed. The results from these comparative studies can be utilized for the detection of the onset of such diseases. Studying the properties of infected tissues at different stages, the threshold of detectability of infected cells can be determined.