Electrical colonic stimulation reduces mean transit time in a porcine model.

Abstract Electrical stimulation is a new way to treat digestive disorders such as constipation. Colonic propulsive activity can be triggered by battery operated devices. This study aimed to demonstrate the effect of direct electrical colonic stimulation on mean transit time in a chronic porcine model. The impact of stimulation and implanted material on the colonic wall was also assessed. Three pairs of electrodes were implanted into the caecal wall of 12 anaesthetized pigs. Reference colonic transit time was determined by radiopaque markers for each pig before implantation. It was repeated 4 weeks after implantation with sham stimulation and 5 weeks after implantation with electrical stimulation. Aboral sequential trains of 1-ms pulse width (10 V; 120 Hz) were applied twice daily for 6 days, using an external battery operated stimulator. For each course of markers, a mean value was computed from transit times obtained from individual pig. Microscopic examination of the caecum was routinely performed after animal sacrifice. A reduction of mean transit time was observed after electrical stimulation (19 +/- 13 h; mean +/- SD) when compared to reference (34 +/- 7 h; P = 0.045) and mean transit time after sham stimulation (36 +/- 9 h; P = 0.035). Histological examination revealed minimal chronic inflammation around the electrodes. Colonic transit time measured in a chronic porcine model is reduced by direct sequential electrical stimulation. Minimal tissue lesion is elicited by stimulation or implanted material. Electrical colonic stimulation could be a promising approach to treat specific disorders of the large bowel.

Electrical stimulation induces propagated colonic contractions in an experimental model.

BACKGROUND: Direct colonic electrical stimulation may prove to be a treatment option for specific motility disorders such as chronic constipation. The aim of this study was to provoke colonic contractions using electrical stimulation delivered from a battery-operated device. METHODS: Electrodes were inserted into the caecal seromuscular layer of eight anaesthetized pigs. Contractions were induced by a neurostimulator (Medtronic 3625). Caecal motility was measured simultaneously by video image analysis, manometry and a technique assessing colonic transit. RESULTS: Caecal contractions were generated using 8-10 V amplitude, 1000 micros pulse width, 120 Hz frequency for 10-30 s, with an intensity of 7-15 mA. The maximal contraction strength was observed after 20-25 s. Electrical stimulation was followed by a relaxation phase of 1.5-2 min during which contractions propagated orally and aborally over at least 10 cm. Spontaneous and stimulated caecal motility values were significantly different for both intraluminal pressure (mean(s.d.) 332(124) and 463(187) mmHg respectively; P < 0.001, 42 experiments) and movement of contents (1.6(0.9) and 3.9(2.8) mm; P < 0.001, 40 experiments). CONCLUSION: Electrical stimulation modulated caecal motility, and provoked localized and propagated colonic contractions.

Prediction in transformed images

The study is related to lossless compression of greyscale images. The goal of the study was to combine two techniques of lossless image compression, i.e. Integer Wavelet Transform and Differential Pulse Code Modulation to attain better compression ratio. This is an experimental study, where we implemented Integer Wavelet Transform, Differential Pulse Code Modulation and an optimized predictor model using Genetic Algorithm. This study gives encouraging results for greyscale images. We achieved a better compression ration in term of entropy for experiments involving quadrant of transformed image and using optimized predictor coefficients from Genetic Algorithm. In an other set of experiments involving whole image, results are encouraging and opens up many areas for further research work like implementing Integer Wavelet Transform on multiple levels and finding optimized predictor at local levels.

Effects of modern variable frequency drive on the reliability of an old crane induction motor

The work aims to analyze the possibilities of utilizing old crane driving AC induction motors in modern pulse-width-modulated variable frequency drives. Bearing currents and voltage stresses are the two main problems associated with modern IGBT inverters, and they may cause premature failure of an old induction motor. The origins of these two problems are studied. An analysis of the mechanism of bearing failure is proposed. Certain types of bearing currents are considered in detail. The most effective and economical means are chosen for bearing currents mitigation. Transient phenomena of cables and mechanism of over voltages occurring at motor terminals are studied in the work. The weakest places of the stator winding insulation system are shown and recommendations are given considering the mitigation of voltage stresses. Only the most appropriate and cost effective preventative methods are chosen for old motor drives. Rewinding of old motors is also considered.

Overvoltage Mitigation Techniques in Wind Power Generators

Advancements in power electronic semiconductor switching devices have lead to significantly faster switching times. In motor and generator applications, the fast switching times of pulse width modulated (PWM) inverters lead to overvoltages caused by voltage reflections with shorter and shorter cables. These excessive overvoltages may lead to a failure of the electrical machine in a matter of months. In this thesis, the causes behind the overvoltage phenomenon as well as its different mitigation techniques are studied. The most suitable techniques for mitigating the overvoltage phenomenon in wind power generator applications are chosen based on both simulations and actual measurements performed on a prototype. An RC filter at the terminals of the electrical machine and an inverter output filter designed to reduce the rise and fall times of voltage pulses are presented as a solution to the overvoltage problem. The performance and losses of both filter types are analysed.

Tasasähkönjakeluverkon vaihtosuuntaaja galvaanisella erotuksella

Suomessa sähkönjakeluverkko koostuu pääasiassa 20 kV ja 400 V jännitetasoista. Tällöin sähkö viedään lähelle kuluttajia suuremmalla jännitetasolla ja muunnetaan alhaisemmaksi lähellä asiakkaita. Haittapuolena on se, että haja-asutusalueilla jakelumuuntajien määrä kasvaa suureksi, koska ne täytyy sijoittaa lähelle kuluttajaa. Vaihtoehtona on toteuttaa osa sähkönjakelusta tasajännitteellä, jolloin tehollinen jännite olisi suurempi. Tällöin sähköä voitaisiin siirtää pidempiä matkoja ilman, että asiakaskohtaisia tai muutaman asiakkaan kattavia 20 kV siirtolinjoja tarvitsisi käyttää. Tämä taasen edellyttää asiakaskohtaisien vaihtosuuntaajien käyttöä. Tässä työssä esiteltävällä 1 kVA vaihtosuuntaajalla muodostetaan tasasähköjakeluverkosta saatavasta 750 V tasasähköstä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) verkkojännitettä. Laite on suunniteltu toteuttamaan galvaaninen erotus mahdollisimman hyvän hyötysuhteen puitteissa. Vaihtosuuntaaja on toteutettu käyttämällä resonanssikonvertteria, joka vaihtosuuntaa jakelujännitteen korkeataajuiseksi vaihtojännitteeksi. Tämän jälkeen toteutetaan galvaaninen erotus käyttäen suurtaajuusmuuntajaa. Tätä seuraa syklokonvertteri, joka pulssintiheysmodulaatiota soveltaen muodostaa lähtöjännitteen. Tämä suodatetaan lopuksi LC- alipäästösuotimella säröltään standardin mukaiseksi. Laite on jaettu työssä kolmeen osaan, joista jokaisen toiminta on selitetty ja simuloitu itsenäisesti. Lopussa koko järjestelmä on simuloitu yhtenä kokonaisuutena. Hyötysuhteeksi arvioitiin karkeasti 94 % ja lopullisista tuloksista voidaan päätellä, että laitteen toteuttaminen prototyypiksi voisi olla kannattavaa.

Galvaanisen erotuksen toteuttaminen tasavirtasähkönjakelun asiakaspäätelaitteessa

Suomessa sähkönjakeluverkon pääasialliset jännitetasot ovat 20 kV ja 400 V. 20 kV jännitetasolla sähkö viedään lähelle kuluttajia ja muunnetaan pienemmäksi lähellä asiakkaita. Haittapuolena on se, että 20 kV avojohtosähkönsiirtoverkko on hyvin vika-altis ja usein yhden haaran vikaantuessa monta muutakin jää ilman sähköä. Lisäksi hintavien ja suurien jakelumuuntajien määrä on suuri. Vaihtoehtona on toteuttaa osa sähkönjakelusta tasajännitteellä, jolloin tehollinen pienjännite olisi 400 V:a suurempi. Tällöin sähköä voitaisiin siirtää pidempiä matkoja ilman, että asiakaskohtaisia tai muutaman asiakkaan kattavia 20 kV siirtolinjoja tarvitsisi käyttää. Tämä edellyttää vaihtosuuntauksen toteuttamista kuluttajan päässä. Tässä työssä esiteltävällä 1 kVA:n tehoisella vaihtosuuntaajalla muodostetaan tasasähköjakeluverkosta saatavasta 750 V tasasähköstä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) verkkojännitettä. Laite on suunniteltu toteuttamaan galvaaninen erotus mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella. Suurtaajuusmuuntajan mitoitus mahdollisimman hyvälle hyötysuhteelle on haastava tehtävä, koska vaatimuksia sille asettavat sekä syöttävä resonanssikonvertteri että syötettävä syklokonvertteri. Mitoituksessa on pyrittävä löytämään mahdollisimman hyvä hyötysuhde kustannusten ja toteutettavuuden suhteen.

Tasasähkönjakeluverkon asiakaspäätelaitteen galvaanisen erotuksen toteuttaminen

Tässä työssä tutkitaan LLC resonanssipiirin soveltuvuutta galvaanisen erotuksen toteuttamiseen tasasähkönjakeluverkon asiakaspäätelaitteessa. Tarkastellaan resonanssipiirin ominaisuuksia ja aikaisempia käyttökohteita. Tutkitaan piirin soveltuvuutta vaihtosähkö sovellukseen ja esitellään piirin toimintaa, häviöitä ja ohjausta. Esitellään pulssin leveys moduloitu (PWM) ja pulssin tiheys moduloitu (PDM) invertteri sovellukset ja näiden toimintaa. Esitetään vielä parannusehdotuksia ja kytkentäkuvio kytkennän ominaisuuksien ja hyö-tysuhteen parantamiseksi. Tutkimuksessa selvisi, että suora PDM topologia ei sovellu tähän käyttötarkoitukseen suuren suodin induktanssin vuoksi. PWM invertteri topologia jännitteen tasasuuntauksella taas sopii sovellukseen ja tällä rakenteella on mahdollista tehdä galvaaninen erotus hyvinkin hyvällä hyötysuhteella. Pehmeän kytkennän aiheuttamien häviöiden tarkka määrittely simulointimallista on parhaimmillaankin vain suuntaa-antava, mutta tulokset olivat mielestäni oikein positiivisia. LLC resonanssipiirin toimintaa tutkittiin vain resonanssitaajuudella kytkettäessä, jolloin sen jännitevahvistusominaisuuksien hyödyntäminen jää tarkastelun ulko-puolelle.

Tasasähkönjakeluverkon vaihtosuuntaajan pulssintiheysmoduloidun pääteasteen ja prototyypin toteutus

Työssä esiteltävä laite on osa DC-AC hakkuria, jolla muodostetaan 750 V tasajännitteestä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) galvaanisesti erotettua verkkojännitettä. Tasajännite muunnetaan resonanssikonvertterilla korkeataajuiseksi vaihtojännitteeksi, joka johdetaan erotusmuuntajaan. Galvaanisen erotuksen jälkeen korkeataajuisesta vaihtojännitteestä muodostetaan suoraan verkkotaajuista vaihtojännitettä työssä esiteltävällä syklokonvertterilla. Suunnittelussa on pyritty minimoimaan häviöt mahdollisimman tarkkaan, jotta laite olisi kilpailukykyinen ei-galvaanisesti erottavien konverttereiden kanssa. Tämä on toteutettu käyttämällä mahdollisimman vähän komponentteja virran kulkureitillä sekä soveltamalla pehmeää kytkentää kaikissa tilanteissa. Lopuksi esitellään prototyyppi, jonka tarkoitus oli selvittää laitteen toiminta ja ongelmakohdat käytännössä.

Aktiivisen verkkosillan tuottaman yhteismuotoisen jännitteen vaimentaminen kaksitasoisessa, jännitevälipiirillisessä, taajuusmuuttajatopologiassa

Pulssinleveysmoduloidun vaihtosuuntaajan hyötysuhteen parantaminen ja kytkentätaajuuden suurentaminen ovat johtaneet lähtöjännitteen suuritaajuiseen taajuussisältöön kaksitasoisessa, jännitevälipiirillisessä taajuusmuuttajatopologiassa. Kasvava tarve siirtää tehoa myös verkkoon päin on lisännyt aktiivisen verkkosillan käyttöä. Kaksitasoisen aktiivisen verkkosillan vaikutuksesta DC-välipiirin keskipisteen ja kolmivaiheisen kuorman tähtipisteen välinen jännite on nollasta poikkeava aiheuttaen suurentuneen yhteismuotoisen jännitteen taajuusmuuttajan lähtöön ja verkon puolelle. Lisäksi yhteismuotoisten jännitteiden aiheuttamat kytkentätaajuiset häiriövirrat voivat aiheuttaa vikavirtasuojien tahatonta laukeamista, vaikeuttaa EMC-standardien vaatimusten täyttämistä, lisätä moottorin käämieristyksien rasitusta ja mahdollisuutta moottorin laakerivaurioille. Diplomityössä tutkitaan aktiivisen ja passiivisen verkkosillan tuottamaa yhteismuotoista jännitettä simuloinneilla. Esitellään aikaisempaa tutkimustietoa yhteismuotoisen jännitteen ja virran vaimennusratkaisuista aktiivista verkkosiltaa käytettäessä. Tutkimustiedon pohjalta suunnitellaan koelaitteistolle soveltuva suodin. Suotimen toiminta testataan simuloinnein sekä kokeellisin mittauksin. Tehdyt mittaukset osoittavat, että suunniteltu suodin vaimentaa yhteismuotoista jännitettä noin 20 dB verkkosillan kytkentätaajuudella ja tämän jälkeen yli 20 dB/dekadi taajuuteen 100 kHz asti. Lisäksi yhteismuotoisen virran suuruus syöttökaapelin kautta pieneni ehdotetun suotimen vaikutuksesta.

A comparative analysis of preprocessing techniques of cardiac event series for the study of heart rhythm variability using simulated signals

In the present study, using noise-free simulated signals, we performed a comparative examination of several preprocessing techniques that are used to transform the cardiac event series in a regularly sampled time series, appropriate for spectral analysis of heart rhythm variability (HRV). First, a group of noise-free simulated point event series, which represents a time series of heartbeats, was generated by an integral pulse frequency modulation model. In order to evaluate the performance of the preprocessing methods, the differences between the spectra of the preprocessed simulated signals and the true spectrum (spectrum of the model input modulating signals) were surveyed by visual analysis and by contrasting merit indices. It is desired that estimated spectra match the true spectrum as close as possible, showing a minimum of harmonic components and other artifacts. The merit indices proposed to quantify these mismatches were the leakage rate, defined as a measure of leakage components (located outside some narrow windows centered at frequencies of model input modulating signals) with respect to the whole spectral components, and the numbers of leakage components with amplitudes greater than 1%, 5% and 10% of the total spectral components. Our data, obtained from a noise-free simulation, indicate that the utilization of heart rate values instead of heart period values in the derivation of signals representative of heart rhythm results in more accurate spectra. Furthermore, our data support the efficiency of the widely used preprocessing technique based on the convolution of inverse interval function values with a rectangular window, and suggest the preprocessing technique based on a cubic polynomial interpolation of inverse interval function values and succeeding spectral analysis as another efficient and fast method for the analysis of HRV signals

The effect of gregarine parasite infections, age, and diet on calling song structure and mating behaviour in the Texas field cricket, Gryllus integer

In the past ten years, many researchers have focussed their attention on parasites regarding the role they may play in causing variations in male secondary sexual traits and subsequent effects on female choice. Male age has also been suggested to be an important factor in female choice if old age reflects superior genes. This study investigated the effects that gregarine gut parasites, age, and diet have on the calling and mating behaviour of the male Texas field cricket, Gryllus integer. Male calling songs were recorded in the laboratory using a Digital Signal Processing Network. The song parameters measured were: pulse rate, pulse width, burst duration, pulses per burst, interburst interval, and percent missing pulses. The effects of parasite load and age on the various calling song parameters was investigated in crickets that were fed two different diets varying in nutritional quality. None of the calling song parameters were affected by either parasite load or age in either diet grou p. Courtship behaviour was ob served and recorded using an Eventlog recorder on an IBM computer in the laboratory. Females mated equally with paras(tized and unparasitized males and with old and young males The total duration and proportion of time spent performing each of 9 courtship displays were recorded for males on each diet. Only one display was affected by parasite load. Highly parasitized males fed the nutritionally inferior diet juddered for a proportionately shorter time than males with low parasite loads. Also, older males performed juddering and shaking antennae proportionally longer and juddering and raising wings for longer durations than younger males. Males that successfully mated were observed for performance of 8 post-copulatory guarding behaviour displays. None of the guarding behaviours were affected by parasite load. However, one display was affected by age, with older males performing guard turning for shorter durations than younger males. Results are discuss,ed in terms of the influence of parasites and age on female choice.

Damage threshold determination of bulk polymer samples using pulsed photothermal deflection technique

Photothermal deflection technique was used for determining the laser damage threshold of polymer samples of teflon (PTFE) and nylon. The experiment was conducted using a Q-switched Nd-YAG laser operating at its fundamental wavelength (1-06μm, pulse width 10 nS FWHM) as irradiation source and a He-Ne laser as the probe beam, along with a position sensitive detector. The damage threshold values determined by photothermal deflection method were in good agreement with those determined by other methods.

Matlab Code for Modulators

Considers Sampling, Pulse Amplitude Modulation, Multiple Access, Quantisation, Pulse Coded Modulation, Manchester Line Coding, Amplitude Modulation, Double SideBand Suppressed Carrier Modulation, Quadrature Amplitude Modulation and M-ary Shift Keying.

Blind equalisation of multilevel PAM data for nonminimum phase channels via second- and fourth-order cumulants

This paper introduces a new blind equalisation algorithm for the pulse amplitude modulation (PAM) data transmitted through nonminimum phase (NMP) channels. The algorithm itself is based on a noncausal AR model of communication channels and the second- and fourth-order cumulants of the received data series, where only the diagonal slices of cumulants are used. The AR parameters are adjusted at each sample by using a successive over-relaxation (SOR) scheme, a variety of the ordinary LMS scheme, but with a faster convergence rate and a greater robustness to the selection of the ‘step-size’ in iterations. Computer simulations are implemented for both linear time-invariant (LTI) and linear time-variant (LTV) NMP channels, and the results show that the algorithm proposed in this paper has a fast convergence rate and a potential capability to track the LTV NMP channels.