Hemodynamic changes during posterior epilepsies: an eeg-fnirs study

Posterior epilepsies are relatively rare, mainly suspected clinically by the presence of visual auras. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is an emerging non-invasive imaging technique that has the potential to monitor hemodynamic changes during epileptic activity. Combined with electroencephalography (EEG), 9 patients with posterior epilepsies were recorded using EEG-fNIRS with large sampling (19 EEG electrodes and over 100 fNIRS channels). Spikes and seizures were carefully marked on EEG traces, and convolved with a standard hemodynamic response function for general linear model (GLM) analysis. GLM results for seizures (in 3 patients) and spikes (7 patients) were broadly sensitive to the epileptic focus in 7/9 patients, and specific in 5/9 patients with fNIRS deoxyhemoglobin responses lateralized to the correct lobe, and to plausible locations within the occipital or parietal lobes. This work provides evidence that EEG-fNIRS is a sensitive technique for monitoring posterior epileptic activity.

Développement d'une nouvelle méthode de caractérisation tissulaire basée sur l'élastographie ultrasonore : application pour le dépistage précoce du cancer du sein

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme. Il demeure la cause de mortalité la plus importante chez les femmes âgées entre 35 et 55 ans. Au Canada, plus de 20 000 nouveaux cas sont diagnostiqués chaque année. Les études scientifiques démontrent que l'espérance de vie est étroitement liée à la précocité du diagnostic. Les moyens de diagnostic actuels comme la mammographie, l'échographie et la biopsie comportent certaines limitations. Par exemple, la mammographie permet de diagnostiquer la présence d’une masse suspecte dans le sein, mais ne peut en déterminer la nature (bénigne ou maligne). Les techniques d’imagerie complémentaires comme l'échographie ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont alors utilisées en complément, mais elles sont limitées quant à la sensibilité et la spécificité de leur diagnostic, principalement chez les jeunes femmes (< 50 ans) ou celles ayant un parenchyme dense. Par conséquent, nombreuses sont celles qui doivent subir une biopsie alors que leur lésions sont bénignes. Quelques voies de recherche sont privilégiées depuis peu pour réduire l`incertitude du diagnostic par imagerie ultrasonore. Dans ce contexte, l’élastographie dynamique est prometteuse. Cette technique est inspirée du geste médical de palpation et est basée sur la détermination de la rigidité des tissus, sachant que les lésions en général sont plus rigides que le tissu sain environnant. Le principe de cette technique est de générer des ondes de cisaillement et d'en étudier la propagation de ces ondes afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu via un problème inverse préétabli. Cette thèse vise le développement d'une nouvelle méthode d'élastographie dynamique pour le dépistage précoce des lésions mammaires. L'un des principaux problèmes des techniques d'élastographie dynamiques en utilisant la force de radiation est la forte atténuation des ondes de cisaillement. Après quelques longueurs d'onde de propagation, les amplitudes de déplacement diminuent considérablement et leur suivi devient difficile voir impossible. Ce problème affecte grandement la caractérisation des tissus biologiques. En outre, ces techniques ne donnent que l'information sur l'élasticité tandis que des études récentes montrent que certaines lésions bénignes ont les mêmes élasticités que des lésions malignes ce qui affecte la spécificité de ces techniques et motive la quantification de d'autres paramètres mécaniques (e.g.la viscosité). Le premier objectif de cette thèse consiste à optimiser la pression de radiation acoustique afin de rehausser l'amplitude des déplacements générés. Pour ce faire, un modèle analytique de prédiction de la fréquence de génération de la force de radiation a été développé. Une fois validé in vitro, ce modèle a servi pour la prédiction des fréquences optimales pour la génération de la force de radiation dans d'autres expérimentations in vitro et ex vivo sur des échantillons de tissu mammaire obtenus après mastectomie totale. Dans la continuité de ces travaux, un prototype de sonde ultrasonore conçu pour la génération d'un type spécifique d'ondes de cisaillement appelé ''onde de torsion'' a été développé. Le but est d'utiliser la force de radiation optimisée afin de générer des ondes de cisaillement adaptatives, et de monter leur utilité dans l'amélioration de l'amplitude des déplacements. Contrairement aux techniques élastographiques classiques, ce prototype permet la génération des ondes de cisaillement selon des parcours adaptatifs (e.g. circulaire, elliptique,…etc.) dépendamment de la forme de la lésion. L’optimisation des dépôts énergétiques induit une meilleure réponse mécanique du tissu et améliore le rapport signal sur bruit pour une meilleure quantification des paramètres viscoélastiques. Il est aussi question de consolider davantage les travaux de recherches antérieurs par un appui expérimental, et de prouver que ce type particulier d'onde de torsion peut mettre en résonance des structures. Ce phénomène de résonance des structures permet de rehausser davantage le contraste de déplacement entre les masses suspectes et le milieu environnant pour une meilleure détection. Enfin, dans le cadre de la quantification des paramètres viscoélastiques des tissus, la dernière étape consiste à développer un modèle inverse basé sur la propagation des ondes de cisaillement adaptatives pour l'estimation des paramètres viscoélastiques. L'estimation des paramètres viscoélastiques se fait via la résolution d'un problème inverse intégré dans un modèle numérique éléments finis. La robustesse de ce modèle a été étudiée afin de déterminer ces limites d'utilisation. Les résultats obtenus par ce modèle sont comparés à d'autres résultats (mêmes échantillons) obtenus par des méthodes de référence (e.g. Rheospectris) afin d'estimer la précision de la méthode développée. La quantification des paramètres mécaniques des lésions permet d'améliorer la sensibilité et la spécificité du diagnostic. La caractérisation tissulaire permet aussi une meilleure identification du type de lésion (malin ou bénin) ainsi que son évolution. Cette technique aide grandement les cliniciens dans le choix et la planification d'une prise en charge adaptée.

Ultrafast Echocardiography

Grâce à son accessibilité, sa polyvalence et sa sécurité, l'échocardiographie est devenue la technique d'imagerie la plus utilisée pour évaluer la fonction cardiaque. Au vu du succès de l'échographie ultrarapide par ondes planes des techniques similaires pour augmenter la résolution temporelle en échocardiographie ont été mise en oeuvre. L’augmentation de la résolution temporelle de l’échographie cardiaque au-delà des valeurs actuellement atteignables (~ 60 à 80 images par secondes), pourrait être utilisé pour améliorer d’autres caractéristiques de l'échocardiographie, comme par exemple élargir la plage de vitesses détectables en imagerie Doppler couleur limitées par la valeur de Nyquist. Nous avons étudié l'échocardiographie ultrarapide en utilisant des fronts d’ondes ultrasonores divergentes. La résolution temporelle atteinte par la méthode d'ondes divergentes a permis d’améliorer les capacités des modes d’échocardiographie en mode B et en Doppler couleur. La résolution temporelle de la méthode mode B a été augmentée jusqu'à 633 images par secondes, tout en gardant une qualité d'image comparable à celle de la méthode d’échocardiographie conventionnelle. La vitesse de Nyquist de la méthode Doppler couleur a été multipliée jusqu'à 6 fois au delà de la limite conventionnelle en utilisant une technique inspirée de l’imagerie radar; l’implémentation de cette méthode n’aurait pas été possible sans l’utilisation de fronts d’ondes divergentes. Les performances avantageuses de la méthode d'échocardiographie ultrarapide sont supportées par plusieurs résultats in vitro et in vivo inclus dans ce manuscrit.

“Improved Feature Extraction and Classification Techniques for Multispectral Brain Magnetic Resonance Images”

Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a multi sequence medical imaging technique in which stacks of images are acquired with different tissue contrasts. Simultaneous observation and quantitative analysis of normal brain tissues and small abnormalities from these large numbers of different sequences is a great challenge in clinical applications. Multispectral MRI analysis can simplify the job considerably by combining unlimited number of available co-registered sequences in a single suite. However, poor performance of the multispectral system with conventional image classification and segmentation methods makes it inappropriate for clinical analysis. Recent works in multispectral brain MRI analysis attempted to resolve this issue by improved feature extraction approaches, such as transform based methods, fuzzy approaches, algebraic techniques and so forth. Transform based feature extraction methods like Independent Component Analysis (ICA) and its extensions have been effectively used in recent studies to improve the performance of multispectral brain MRI analysis. However, these global transforms were found to be inefficient and inconsistent in identifying less frequently occurred features like small lesions, from large amount of MR data. The present thesis focuses on the improvement in ICA based feature extraction techniques to enhance the performance of multispectral brain MRI analysis. Methods using spectral clustering and wavelet transforms are proposed to resolve the inefficiency of ICA in identifying small abnormalities, and problems due to ICA over-completeness. Effectiveness of the new methods in brain tissue classification and segmentation is confirmed by a detailed quantitative and qualitative analysis with synthetic and clinical, normal and abnormal, data. In comparison to conventional classification techniques, proposed algorithms provide better performance in classification of normal brain tissues and significant small abnormalities.

Photoperiod-dependent plasticity of circadian pacemaker center in the brain of the Madeira cockroach Rhyparobia maderae

To various degrees, insects in nature adapt to and live with two fundamental environmental rhythms around them: (1) the daily rhythm of light and dark, and (2) the yearly seasonal rhythm of the changing photoperiod (length of light per day). It is hypothesized that two biological clocks evolved in organisms on earth which allow them to harmonize successfully with the two environmental rhythms: (1) the circadian clock, which orchestrates circadian rhythms in physiology and behavior, and (2) the photoperiodic clock, which allows for physiological adaptations to changes in photoperiod during the course of the year (insect photoperiodism). The circadian rhythm is endogenous and continues in constant conditions, while photoperiodism requires specific light inputs of a minimal duration. Output pathways from both clocks control neurosecretory cells which regulate growth and reproduction. This dissertation focuses on the question whether different photoperiods change the network and physiology of the circadian clock of an originally equatorial cockroach species. It is assumed that photoperiod-dependent plasticity of the cockroach circadian clock allows for adaptations in physiology and behavior without the need for a separate photoperiodic clock circuit. The Madeira cockroach Rhyparobia maderae is a well established circadian clock model system. Lesion and transplantation studies identified the accessory medulla (aMe), a small neuropil with about 250 neurons, as the cockroach circadian pacemaker. Among them, the pigment-dispersing factor immunoreactive (PDF-ir) neurons anterior to the aMe (aPDFMes) play a key role as inputs to and outputs of the circadian clock system. The aim of my doctoral thesis was to examine whether and how different photoperiods modify the circadian clock system. With immunocytochemical studies, three-dimensional (3D) reconstruction, standardization and Ca2+-imaging technique, my studies revealed that raising cockroaches in different photoperiods changed the neuronal network of the circadian clock (Wei and Stengl, 2011). In addition, different photoperiods affected the physiology of single, isolated circadian pacemaker neurons. This thesis provides new evidence for the involvement of the circadian clock in insect photoperiodism. The data suggest that the circadian pacemaker system of the Madeira cockroach has the plasticity and potential to allow for physiological adaptations to different photoperiods. Therefore, it may express also properties of a photoperiodic clock.

Evaluación de la mecánica ventricular izquierda mediante speckle tracking en pacientes sanos en la Clínica Shaio

Introducción: La ecocardiografía es actualmente la técnica de imagen diagnóstica más utilizada para la evaluación de la anatomía y la función cardiovascular. En la actualidad se está utilizando la ecocardiografía por speckle tracking la cual permite una evaluación mas objetiva y confiable de la función ventricular, sin embargo se requieren valores de referencia que hagan que los valores obtenidos sean válidos y útiles para determinar en forma mas oportuna conductas previas al deterioro de su función. Objetivo general: Determinar los valores de referencia para mecánica ventricular izquierda mediante ecocardiografía bidimensional por speckle tracking con equipo Toshiba Artida con transductor multifrecuencia de 3 megahertzios en pacientes sin patología cardiaca conocida en la Fundación Clínica Shaio en el año 2014. Metodología: Análisis de una cohorte prospectiva de todos los pacientes que ingresaron a la Fundación Clínica Shaio para evaluación ecocardiográfica sin patología cardiaca conocida entre los meses Agosto y Diciembre del 2014. Resultados: Se presenta este estudio de la evaluación de la mecánica ventricular izquierda en adultos sanos, los resultados son similares a los obtenidos en estudios de referencia, sin embargo se consideran de gran importancia ya que de acuerdo a la guía actual de evaluación de la mecánica ventricular por strain rate es importante que cada equipo se encuentre estandarizado con el fin de tener resultados válidos de acuerdo a las diferentes patologías en las que se puede aplicar y a nuestra población.

Clustered functional MRI of overt speech production

To investigate the neural network of overt speech production, eventrelated fMRI was performed in 9 young healthy adult volunteers. A clustered image acquisition technique was chosen to minimize speechrelated movement artifacts. Functional images were acquired during the production of oral movements and of speech of increasing complexity (isolated vowel as well as monosyllabic and trisyllabic utterances). This imaging technique and behavioral task enabled depiction of the articulo-phonologic network of speech production from the supplementary motor area at the cranial end to the red nucleus at the caudal end. Speaking a single vowel and performing simple oral movements involved very similar activation of the corticaland subcortical motor systems. More complex, polysyllabic utterances were associated with additional activation in the bilateral cerebellum,reflecting increased demand on speech motor control, and additional activation in the bilateral temporal cortex, reflecting the stronger involvement of phonologic processing.

Evaluation of the color stability of two techniques for reproducing artificial irides after microwave polymerization

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliações ultrassonográfica e radiográfica dos efeitos da suplementação com dois tipos de probióticos sobre o intestino de cães filhotes

Avaliaram-se os efeitos da suplementação de dois tipos de probióticos para cães filhotes da raça Beagle, que receberam dois tipos de dieta de alta e baixa qualidade, sobre os achados em exames de diagnóstico por imagem. Foram utilizados 18 cães filhotes da raça Beagle, distribuídos em três tratamentos inteiramente ao acaso: tratamento 1, controle (ração); tratamento 2, ração com probiótico 1 (Bifidobacterium); e tratamento 3, ração com probiótico 2 (Lactobacillus). O experimento foi dividido em duas fases, cada uma caracterizada pela mudança da dieta de qualidades diferentes. Ao exame ultrassonográfico, foi avaliada a espessura da parede gastrintestinal, e ao radiográfico, a presença de gás em alças intestinais e o espessamento da parede. Observou-se aumento da espessura da parede das alças intestinais (P<0,05), nos animais dos grupos tratados com probiótico 1 e 2 (5,74mm e 6,01mm, respectivamente) em relação aos do grupo-controle (5,03mm). O uso de probióticos não influenciou a produção de gás intestinal. Não houve diferença (P>0,05) entre os tratamentos quanto ao escore de gás intestinal. A avaliação quantitativa permitiu a determinação de um escore de gás intestinal, de forma não invasiva, por meio do software Image J®. Concluiu-se que o diagnóstico por imagem sustenta a recomendação dessa metodologia como ferramenta auxiliar na avaliação nutricional de dietas para cães.

Movimento de gaveta em joelhos de cães submetidos à estabilização extracapsular após secção do ligamento cruzado cranial in vitro

A técnica TightRope, que procura aperfeiçoar a estabilização extra-capsular com sutura lateral, por meio da realização de mínimas incisões e criação de túneis ósseos em pontos isométricos, que permitem a inserção de mecanismo que anula o movimento de gaveta, além de reduzir a ocorrência de complicações graves. Dessa forma, objetivou-se avaliar a modificação da técnica TightRope em joelhos de cadáveres caninos com a finalidade de disponibilizar um procedimento simples e de custo reduzido para tratamento da Ruptura do ligamento cruzado cranial (RLCCr). Experimentalmente, foram utilizados 20 membros pélvicos de dez cadáveres caninos, provenientes do setor de patologia da Universidade Norte do Paraná, os quais pesavam entre 6,3 e 24kg. Para estabilização do LCCr, rompido intencionalmente, foi adotada a técnica de TightRope modificada utilizando fio de poliamida, cavilha e emprego de um parafuso ortopédico para proporcionar a fixação óssea. Comparando os valores de deslocamento obtidos durante a realização do movimento de gaveta previamente à ruptura do LCCr e após a realização do procedimento cirúrgico, observou-se que a modificação da técnica TightRope promoveu estabilidade significativa para a maioria (12 de 20) dos joelhos testados (P=0,0033). Contudo, essa estabilidade foi inferior, quando comparada à estabilidade do ligamento intacto.

Monte Carlo and analytical calculation of lateral deflection of proton beams in homogeneous targets

Proton radiation therapy is a precise form of radiation therapy, but the avoidance of damage to critical normal tissues and the prevention of geographical tumor misses require accurate knowledge of the dose delivered to the patient and the verification of his position demand a precise imaging technique. In proton therapy facilities, the X-ray Computed Tomography (xCT) is the preferred technique for the planning treatment of patients. This situation has been changing nowadays with the development of proton accelerators for health care and the increase in the number of treated patients. In fact, protons could be more efficient than xCT for this task. One essential difficulty in pCT image reconstruction systems came from the scattering of the protons inside the target due to the numerous small-angle deflections by nuclear Coulomb fields. The purpose of this study is the comparison of an analytical formulation for the determination of beam lateral deflection, based on Molière's theory and Rutherford scattering with Monte Carlo calculations by SRIM 2008 and MCNPX codes. © 2010 American Institute of Physics.

Morphology of flux avalanches in patterned superconducting films

It is well known that under certain circumstances, magnetic fields applied perpendicularly to the plane of superconducting films can trigger flux avalanches. In such cases, the penetration has a tree-like profile. However, in samples where a regular array of antidots, ADs, is present, the avalanches follow the rows of ADs as if they were guiding lines for the abrupt penetration. In this work, we used the magnetooptical imaging technique to study the morphology of flux avalanches in two Nb films with a square lattice of square ADs, each one with a different lateral size, and a plain film for reference. We show that the morphology of the flux avalanches is greatly influenced by the size of the interstitial region. © 2012 Springer Science+Business Media, LLC.

Mini-inversores para aproveitamento de energia fotovoltaica, com técnicas de MPPT, sincronismo e conexão com a rede de CA em BT, proteção de ilhamento, gerenciamento da energia e da operação

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Influence of calibration protocols for a pressure-sensing walkway on kinetic and temporospatial parameters

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Integração de dados geofísicos e geológicos na caracterização morfológica de ocorrência de cobre na borda norte da Bacia do Camaquã (RS)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)