Qualitative und quantitative Schwingungsmessung und -analyse mittels Digital-Shearografie

Speckle Pattern Shearing Interferometrie (Shearografie) ist eine speckle-interferometrische Messmethode und zeichnet sich durch die ganzflächige, berührungslose Arbeitsweise, hohe räumliche Auflösung und hohe Messempfindlichkeit aus. Diese Dissertation beinhaltet die neue bzw. weitere Entwicklung der Shearografie zur qualitativen Schwingungsbeobachtung und zur quantitativen Schwingungsmessung. Für die qualitative Schwingungsbeobachtung in Echtzeit werden die Optimierung des Zeitmittelungsverfahrens und die neue entwickelte Online-Charakterisierung von Streifenmustern mit statistischen Verfahren vorgestellt. Auf dieser Basis können sowohl eine genaue Fehlstellen-Detektion bei der zerstörungsfreien Materialprüfung als auch eine präzise Resonanzuntersuchung zeitsparend und vollautomatisch durchgeführt werden. Für die quantitative Schwingungsmessung wird eine sog. dynamische Phasenschiebe-Technik neu entwickelt, welche durch die Einführung eines synchron zum Objekt schwingenden Referenzspiegels realisiert wird. Mit dieser Technik ermöglicht das Zeitmittelungsverfahren die Amplituden und Phasen einer Objektschwingung quantitativ zu ermitteln. Auch eine Weiterentwicklung des stroboskopischen Verfahrens in Kombination mit zeitlicher Phasenverschiebung wird in der Arbeit präsentiert, womit der gesamte Prozess der Schwingungsmessung und -rekonstruktion beschleunigt und automatisch durchgeführt wird. Zur Bestimmung des Verschiebungsfeldes aus den gemessenen Amplituden und Phasen des Verformungsgradienten stellt diese Arbeit auch eine Weiterentwicklung des Summationsverfahrens vor. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Genauigkeit des ermittelten Verschiebungsfelds unabhängig von der Sheargröße ist und gleichzeitig das praktische Problem - Unstetigkeit - gelöst wird. Eine quantitative Messung erfordert eine genaue Kalibrierung der gesamten Messkette. Ein auf dem Least-Square-Verfahren basierendes Kalibrierverfahren wird in der Arbeit zur Kalibrierung der statischen und dynamischen Phasenverschiebung vorgestellt. Auch die Ermittelung der Sheargröße mit Hilfe der 1D- bzw. 2D-Kreuz-Korrelation wird präsentiert. Zum Schluss wurde die gesamte Entwicklung durch eine Vergleichsmessung mit einem handelsüblichen Scanning-Laser-Doppler-Vibrometer experimentell verifiziert.

Estudo da acção de um creme hidratante através de métodos estáticos e dinâmicos

O presente artigo descreve uma metodologia não invasiva, compreendendo abordagens estáticas e dinâmicas realizadas in vivo com o objectivo de avaliar o efeito da aplicação na pele deumcreme hidratante contendo ureia. Participaram no estudo 15 voluntárias, que aplicaram o produto (Kératosane15©, Uriage, França) na região lateral exterior frontal da perna durante 15 dias.Ametodologia dinâmica de avaliação de eficácia consistiu na aplicação de nicotinato de etilo seguida de medição através de fluxometria de laser doppler (FLD). Nas estratégias estáticas utilizaram-se as técnicas de medição da perda transepidérmica de água e da hidratação cutânea, esta última recorrendo a dois aparelhos diferentes. Na FLD não se observou diferença nos resultados obtidos da zona tratada para a zona controlo. Também na PTEA não se verifica diferença estatisticamente significativa nos locais em estudo. Nas variáveis relacionadas com a hidratação existem diferenças estatisticamente significativas, sendo o estado de hidratação superior no local tratado face ao controlo. Concluiu-se que o creme não melhora significativamente a função de barreira cutânea mas proporciona um bom estado de hidratação à pele quando usado regularmente. Ambos os aparelhos de medição da hidratação são adequados ao estudo da eficácia do produto, mas o MoistureMeter-SC permite observar diferenças de uma forma mais clara.

Avaliação do efeito da temperatura sobre a dinâmica da resposta microcirculatória cutânea

De há muito que se conhecem as influências da variação da temperatura da pele sobre a microcirculação embora os mecanismos e vias envolvidos nesta resposta reflexa não estejam totalmente identificados, pelo que os autores entenderam estudar a resposta da pele in vivo ao aquecimento local. O estudo foi realizado no antebraço de 10 voluntários saudáveis (mulheres, entre os 20 e 35 anos de idade média: 25 ± 3,7). Após aclimatação as voluntárias foram submetidas a um protocolo de aquecimento a duas temperaturas (42 e 44ºC) durante 40 minutos, sendo as variações seguidas por meios não invasivos (PTEA perda trans-epidérmica de água e LDF perfusão sanguínea por fluxometria de laser doppler).A resposta medida por LDF foi diferente nas temperaturas de 42 e de 44 ºC.A42ºC a resposta é bifásica (resposta típica) ao contrário do que sucede aquando do aquecimento a 44ºC. Neste caso, para além da intensidade ser maior é atingido de imediato um platô, sugerindo a presença de um outro mecanismo regulatório local. Relativamente à PTEAverificou-se um aumento semelhante em ambas as temperaturas, não tendo sido observadas diferenças estatisticamente significativas. O aquecimento a diferentes temperaturas parece colocar em evidência diferentes mecanismos de regulação da temperatura local.

Acerca do impacto da administração transdérmica de um inibidor da NO-sintetase (L-NAME) : uma abordagem preliminar

O L-NAME, um dos inibidores do NO mais utilizados para o estudo da função microcirculatória na hiperémia cutânea, é normalmente administrado por microdiálise, uma técnica invasiva e traumática com reconhecidas limitações. Neste contexto, procurou-se avaliar, ainda que de forma preliminar, o interesse da aplicação transdérmica deL-NAMEemexperiências de indução de hiperémia local. O estudo consistiu na aplicação (durante 2 horas) de um sistema oclusivo contendo L-NAME (40 ) a 10mM, ou 100mM e um controlo com água destilada, no antebraço de voluntários saudáveis (n=5). Após a oclusão os voluntários foram submetidos a um protocolo de aquecimento local da pele a 42ºC durante 20 minutos, com a resposta hiperémica avaliada por Fluxometria de Laser Doppler (LDF).A análise estatística das várias concentrações de inibidor, involveu a comparação das diferentes fases do estudo com o controlo através de estatística não paramétrica. A aplicação de 100mM de L-NAME desencadeou a inibição de toda a resposta microcirculatória, o que constitui um bom indício para que esta metodologia continue a ser desenvolvida.

Influência da variação gradual da temperatura na resposta microcirculatória cutânea a estímulos térmicos

O estudo dos mecanismos envolvidos na regulação da temperatura a nível local constituem modelos para o estudo da patologia vascular, especialmente quando existe envolvimento ou comprometimento endotelial. Neste estudo pretende-se sistematizar e comparar a resposta a diferentes variações locais de temperatura, entre 42 e 44ºC em indivíduos saudáveis, verificando a influência da velocidade de aquecimento na resposta local. Realizaram-se protocolos de aquecimento local da pele a 42 e 44ºC nos antebraços definidos aleatoriamente de 10 voluntários do género feminino, saudáveis e não fumadoras. Avaliou-se a resposta microcirculatória através de Fluxometria por Laser Doppler durante 30 minutos. Calculou-se um novo parâmetro “razão vale/pico” (V/P) para distinguir os tipos de resposta possíveis, a saber, bifásico quando V/P<1 e monofásico quando V/P>1. Verificou-se que a 42ºC se obtém um perfil de resposta bifásico, independentemente da velocidade de aquecimento, assim como a 44ºC se obteve sempre um perfil monofásico, indicando que a resposta ao aquecimento local depende da velocidade de aquecimento e, provavelmente, da activação das fibras nociceptoras.

A utilização de transformadas de wavelet e de detrended fluctuation analysis no estudo da microcirculação da pele humana

A Fluxometria por Laser Doppler (LDF) é uma técnica não invasiva usada para medir o fluxo microvascular da pele humana. No fluxo é possível isolar componentes oscilatórias em gamas de frequências características que se encontram relacionadas com as actividades cardíaca, respiratória, miogénica, simpática e metabólica. A LDF permite assim estudar a fisiologia do fluxo sanguíneo. Neste trabalho foram realizadas medições de LDF nos tornozelos de 9 mulheres saudáveis numa situação de restrição à perfusão, usando uma braçadeira nos tornozelos. Os dados foram analisados com Transformada de Wavelet e Detrended Fluctuation Analysis (DFA) de modo a estudar os rácios das amplitudes das componentes de Wavelet e os respectivos expoentes . Estes parâmetros foram comparados nas situações de repouso, de restrição à perfusão e de recuperação após remoção da braçadeira. Observou-se que durante a restrição à perfusão houve um aumento significativo dos rácios de amplitude e dos expoentes a para as componentes cardíaca, respiratória e miogénica, o que pode reflectir vasoconstrição. Os parâmetros da componente metabólica apresentaram uma diminuição que se pode relacionar com variações na libertação de NO por parte do endotélio. Após a libertação da braçadeira, os parâmetros das componentes respiratória, miogénica e metabólica retornaram aos valores iniciais. Aanálise combinada de Wavelet com DFAoferece uma nova visão sobre a regulação do fluxo microvascular.

Explorando modelos in vivo para caracterizar a microcirculação periférica : um estudo piloto

Nos últimos anos, a circulação cutânea surgiu como uma janela interessante para analisar a função microcirculatória e os mecanismos de disfunção. Tecnologias não-invasivas, incluindo a Fluxometria por Laser Doppler (FLD), gasimetria transcutânea e a Perda Transepidérmica de Água (PTEA), ajudaram a considerar a circulação cutânea como um modelo de translação útil na doença vascular. Neste estudo procurou-se avaliar o perfil de resposta de um grupo de indivíduos jovens saudáveis ​​(n = 8), de ambos os sexos (24,5 ± 0,8 anos de idade) a três manobras de condicionamento da perfusão no membro inferior - A: elevação da perna enquanto sentado, B: elevação da perna enquanto em decúbito dorsal; C: oclusão supra-sistólica com um torniquete. As técnicas de medição incluiram FLD, pressões parciais transcutâneas (tc) pO2 e pCO2 por gasimetria e PTEA por evaporimetria. Foram aplicados testes de estatística descritiva e não paramétrica, sendo adotado um nível de confiança de 95%. As tcpO2 e tcpCO2 alteraram-se significativamente durante as manobras. Foi registado um perfil de evolução recíproca para FLD e PTEA em A e C, o que pode sugerir que, sob as condições experimentais as condições de perfusão local podem influenciar a função epidérmica "barreira". Os modelos propostos parecem ser adequados para caracterizar a microcirculação periférica in vivo, o que justifica estudos de desenvolvimento posteriores.

Explorando o teste de provocação com oxigénio como modelo de avaliação da microcirculação

A microcirculação cutânea surgiu, nos últimos anos, como uma alternativa pratica e acessível para o estudo da circulação periférica. Técnicas não-invasivas, como a Fluxometria por Laser Doppler (FLD), a Evaporimetria e a Gasimetria transcutânea em associação a testes de provocação têm transformado a circulação cutânea num atraente modelo de investigação. Este estudo foi aplicado a um grupo de voluntárias jovens saudáveis (n = 8, (21,6 ± 2,6) anos) respirando uma atmosfera de 100 % oxigénio durante 10 minutos. Este teste permitiu-nos avaliar a resposta circulatória na microcirculação do membro inferior. As técnicas de medição incluíram o fluxo sanguíneo local por FLD, a pO2 transcutânea (tc) e a Perda Transepidérmica de Água (PTEA) por evaporimetria. A análise de dados revela que tc-pO2 e FLD se alteraram significativamente durante o teste. Um perfil de evolução recíproca foi registrado para FLD e PTEA, que parece apoiar dados anteriores de que as alterações no fluxo sanguíneo local podem influenciar a função de “barreira” epidérmica. Este modelo parece adequado para caracterizar a microcirculação do membro inferior in vivo.

The effects of mass loading the ossicles with a floating mass transducer on middle ear transfer function

Hypothesis: The aim of this study was to measure the mass loading effect of an active middle-ear implant (the Vibrant Soundbridge) in cadaver temporal bones. Background: Implantable middle ear hearing devices such as Vibrant Soundbridge have been used as an alternative to conventional hearing aids for the rehabilitation of sensorineural hearing loss. Other than the obvious disadvantage of requiring implantation middle ear surgery, it also applies a direct weight on the ossicular chain which, in turn, may have an impact on residual hearing. Previous studies have shown that applying a mass directly on the ossicular chain has a damping effect on its response to sound. However, little has been done to investigate the magnitude and the frequency characteristics of the mass loading effect in devices such as the Vibrant Soundbridge. Methods: Five fresh cadaver temporal bones were used. The stapes displacement was measured using laser Doppler vibrometry before and after the placement of a Vibrant Sound-bridge floating mass transducer. The effects of mass and attachment site were compared with the unloaded response. Measurements were obtained at frequencies between 0.1 and 10 kHz and at acoustic input levels of 100 dB sound pressure level. Each temporal bone acted as its own control. Results: Placement of the floating mass transducer caused a reduction of the stapes displacement. There were variations between the bones. The change of the stapes displacement varied from 0 dB to 28 dB. The effect was more prominent at frequencies above 1,000 Hz. Placing the floating mass transducer close to the incudostapedial joint reduced the mass loading effect. Conclusion: The floating mass transducer produces a measurable reduction of the stapes displacement in the temporal bone model. The effect is more prominent at high frequencies.

Scanning LDV for vibration measurement of filiform hairs in crickets in response to induced airflow - art. no. 63450E

Cercal hairs represent in cricket a wind sensitive escape system, able to detect the airflow generated from predating species. These sensors have been studied as a biomimetic concept to allow the development of MEMS for biomedical use. In particular, the behaviour of the hairs, including airflow response, resonant frequency and damping, has been investigated up to a frequency of 20 kHz. The microscopic nature of the hairs, the complex vibrations of excited hairs and the high damping of the system suggested that the use of Laser Doppler vibrometry could possibly improve the test performance. Two types of tests were performed: in the first case the hairs were indirectly excited using the signal obtained from a vibrating aluminium plate, whilst in the second case the hairs were directly excited using a white noise chirp. The results from the first experiment indicated that the hairs move in-phase with the exciting signal up to frequencies in the order of 10 kHz, responding to the vibration modes of the plate with a signal attenuation of 12 to 20 dB. The chirp experiment revealed the presence of rotational resonant modes at 6850 and 11300 Hz. No clear effect of hair length was perceivable on the vibration response of the filiform sensors. The obtained results proved promising to support the mechanical and vibration characterisation of the hairs and suggest that scanning Laser vibrometry can be used extensively on highly dampened biological materials.

The impact of age on the postprandial vascular response to a fish oil-enriched meal

Although chronic fish oil intervention had been shown to have a positive impact on vascular reactivity, very little is known about their acute effects during the postprandial phase. Our aim was to examine the impact of a fish oil-enriched test meal on postprandial vascular reactivity in healthy younger ( < 50 years) v. older ( ≥ 50 years) men. Vascular reactivity was measured at baseline (0 h), 2 and 4 h after the meal by laser Doppler iontophoresis and blood samples taken at 0 and 4 h for the measurement of plasma lipids, total nitrite, glucose and insulin. Acetylcholine- (ACh, endothelial-dependent vasodilator) and sodium nitroprusside (SNP, endothelial-independent vasodilator)-induced reactivities were greater at 4 h than at baseline or 2 h in the younger men (P < 0·04). These changes were not observed in the older men. Comparison of the male groups revealed significantly greater responses to ACh (P = 0·006) and SNP (P = 0·05) at 4 h in the younger compared with the older males. Postprandial NEFA concentrations were also greater at 4 h in the younger compared with the older men (P = 0·005), with no differences observed for any of the other analytes. Multiple regression analysis revealed age to be the most significant predictor of both ACh and SNP induced reactivity 4 h after the meal. In conclusion, the ingestion of a meal enriched in fish oil fatty acids was shown to improve postprandial vascular reactivity at 4 h in our younger men, with little benefit evident in our older men.

Effects of chronic and acute fruit and vegetable juice consumption on cardiovascular disease risk factors

Diets low in fruit and vegetables are reportedly responsible for 2.7 million deaths annually from cardiovascular diseases (CVD) and certain cancers. A daily fruit and vegetable intake of five 80 g portions is recommended for chronic disease prevention. However, in the UK, average adult consumption is less than three portions. It is suggested that fruit juice should only count as one portion. However, fruit juices are a beneficial source of phytochemicals. The preliminary results of two randomized, controlled, crossover, dietary intervention studies investigating the effects of chronic and acute consumption of fruit and vegetable puree and juice based drinks (FVPJ) on bioavailability, antioxidant status, vascular reactivity, and risk factors for CVD are reported. In the first study, 39 volunteers consumed 200 ml FVPJ, or fruit-flavoured control, daily for six weeks. In the second study, 24 volunteers consumed 400 mL FVPJ, or sugar-matched control, on the morning of the study day. Blood and urine samples were collected throughout both studies and real-time measurements of vascular tone were performed using laser Doppler imaging with iontophoresis. Overall, the studies showed that the fruit and vegetable puree and juice based drink increased dietary phytochemicals. There was a trend towards increased vasodilation following both acute and chronic fruit juice consumption. Measurements of antioxidant status, oxidative stress and other cardiovascular disease risk factors are currently being determined.

Effects of chronic and acute consumption of fruit- and vegetable-puree-based drinks on vasodilation, risk factors for CVD and the response as a result of the eNOS G298T polymorphism

The average UK adult consumes less than three portions of fruit and vegetables daily, despite evidence to suggest that consuming five portions daily could help prevent chronic diseases. It is recommended that fruit juice should only count as one of these portions, as juicing removes fibre and releases sugars. However, fruit juices contain beneficial compounds such as vitamin C and flavonoids and could be a useful source of dietary phytochemicals. Two randomised controlled cross-over intervention studies investigating the effects of chronic and acute consumption of commercially-available fruit- and vegetable-puree-based drinks (FVPD) on bioavailability, antioxidant status and CVD risk factors are described. Blood and urine samples were collected during both studies and vascular tone was measured using laser Doppler imaging. In the chronic intervention study FVPD consumption was found to significantly increase dietary carotenoids (P = 0.001) and vitamin C (P = 0.003). Plasma carotenoids were increased (P = 0.001), but the increase in plasma vitamin C was not significant. There were no significant effects on oxidative stress, antioxidant status and other CVD risk factors. In the acute intervention study FVPD were found to increase total plasma nitrate and nitrite (P = 0.001) and plasma vitamin C (P = 0.002). There was no effect on plasma lipids or uric acid, but there was a lower glucose and insulin peak concentration after consumption of the FVPD compared with the sugar-matched control. There was a trend towards increased vasodilation following both chronic and acute FVPD consumption. All volunteers were retrospectively genotyped for the eNOS G298T polymorphism and the effect of genotype on the measurements is discussed. Overall, there was a non-significant trend towards increased endothelium-dependent vasodilation following both acute and chronic FVPD consumption. However, there was a significant time x treatment effect (P < 0.05) of acute FVPD consumption in individuals with the GG variant of the eNOS gene.

Daily consumption of an aqueous green tea extract supplement does not impair liver function or alter cardiovascular disease risk biomarkers in healthy men

Regular consumption of green tea polyphenols (GTP) is thought to reduce the risk of cardiovascular disease (CVD) but has also been associated with liver toxicity. The present trial aimed to assess the safety and potential CVD health beneficial effects of daily GTP consumption. We conducted a placebo-controlled parallel study to evaluate the chronic effects of GTP on liver function and CVD risk biomarkers in healthy men. Volunteers (treatment: n = 17, BMI 26.7 +/- 3.3 kg/m(2), age 41 +/- 9 y; placebo, n = 16, BMI 25.4 +/- 3.3 kg/m(2), age 40 +/- 10 y) consumed for 3 wk 6 capsules per day (2 before each principal meal) containing green tea extracts (equivalent to 714 mg/d GTP) or placebo. At the beginning and end of the intervention period, we collected blood samples from fasting subjects and measured vascular tone using Laser Doppler lontophoresis. Biomarkers of liver function and CVD risk (including blood pressure, plasma lipids, and asymmetric dimethylarginine) were unaffected by GTP consumption. After treatment, the ratio of total:HDL cholesterol was significantly reduced in participants taking GTP capsules compared with baseline. Endothelial-dependent and -independent vascular reactivity did not significantly differ between treatments. In conclusion, the present data suggests that the daily consumption of high doses of GTP by healthy men for 3 wk is safe but without effects on CVD risk biomarkers other than the total:HDL cholesterol ratio. J. Nutr. 139: 58-62, 2009.

Fish oil fatty acids improve postprandial vascular reactivity in healthy men

Chronic fish oil intervention had been shown to have a positive impact on endothelial function. Although high-fat meals have often been associated with a loss of postprandial vascular reactivity, studies examining the effects of fish oil fatty acids on vascular function in the postprandial phase are limited. The aim of the present study was to examine the impact of the addition of fish oil fatty acids to a standard test meal on postprandial vascular reactivity. A total of 25 men received in a random order either a placebo oil meal (40 g of mixed fat; fatty acid profile representative of the U.K. diet) or a fish oil meal (31 g of mixed fat and 9 g of fish oil) on two occasions. Vascular reactivity was measured at baseline (0 h) and 4 h after the meal by laser Doppler iontophoresis, and blood samples were taken for the measurement of plasma lipids, total nitrite, glucose and insulin. eNOS (endothelial NO synthase) and NADPH oxidase gene expression were determined in endothelial cells after incubation with TRLs (triacylglycerol-rich lipoproteins) isolated from the plasma samples taken at 4 h. Compared with baseline, sodium nitroprusside (an endothelium-independent vasodilator)-induced reactivity (P = 0.024) and plasma nitrite levels (P = 0.001) were increased after the fish oil meal. In endothelial cells, postprandial TRLs isolated after the fish oil meal increased eNOS and decreased NADPH oxidase gene expression compared with TRLs isolated following the placebo oil meal (P <= 0.03). In conclusion, meal fatty acids appear to be an important determinant of vascular reactivity, with fish oils significantly improving postprandial endothelium-independent vasodilation.