Une nouvelle méthode pour estimer la torsion géométrique en scoliose idiopathique de l’adolescent

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale. Pour la plupart des patients atteints de SIA, aucun traitement chirurgical n’est nécessaire. Lorsque la déformation devient sévère, un traitement chirurgical visant à réduire la déformation est recommandé. Pour déterminer la sévérité de la SIA, l’imagerie la plus utilisée est une radiographie postéroantérieure (PA) ou antéro-postérieure (AP) du rachis. Plusieurs indices sont disponibles à partir de cette modalité d’imagerie afin de quantifier la déformation de la SIA, dont l’angle de Cobb. La conduite thérapeutique est généralement basée sur cet indice. Cependant, les indices disponibles à cette modalité d’imagerie sont de nature bidimensionnelle (2D). Celles-ci ne décrivent donc pas entièrement la déformation dans la SIA dû à sa nature tridimensionnelle (3D). Conséquemment, les classifications basées sur les indices 2D souffrent des mêmes limitations. Dans le but décrire la SIA en 3D, la torsion géométrique a été étudiée et proposée par Poncet et al. Celle-ci mesure la tendance d’une courbe tridimensionnelle à changer de direction. Cependant, la méthode proposée est susceptible aux erreurs de reconstructions 3D et elle est calculée localement au niveau vertébral. L’objectif de cette étude est d’évaluer une nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique par l’approximation de longueurs d’arcs locaux et par paramétrisation de courbes dans la SIA. Une première étude visera à étudier la sensibilité de la nouvelle méthode présentée face aux erreurs de reconstructions 3D du rachis. Par la suite, deux études cliniques vont présenter la iv torsion géométrique comme indice global et viseront à démontrer l’existence de sous-groupes non-identifiés dans les classifications actuelles et que ceux-ci ont une pertinence clinique. La première étude a évalué la robustesse de la nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique chez un groupe de patient atteint de la SIA. Elle a démontré que la nouvelle technique est robuste face aux erreurs de reconstructions 3D du rachis. La deuxième étude a évalué la torsion géométrique utilisant cette nouvelle méthode dans une cohorte de patient avec des déformations de type Lenke 1. Elle a démontré qu’il existe deux sous-groupes, une avec des valeurs de torsion élevées et l’autre avec des valeurs basses. Ces deux sous-groupes possèdent des différences statistiquement significatives, notamment au niveau du rachis lombaire avec le groupe de torsion élevée ayant des valeurs d’orientation des plans de déformation maximales (PMC) en thoraco-lombaire (TLL) plus élevées. La dernière étude a évalué les résultats chirurgicaux de patients ayant une déformation Lenke 1 sous-classifiées selon les valeurs de torsion préalablement. Cette étude a pu démontrer des différences au niveau du PMC au niveau thoraco-lombaire avec des valeurs plus élevées en postopératoire chez les patients ayant une haute torsion. Ces études présentent une nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique et présentent cet indice quantitativement. Elles ont démontré l’existence de sous-groupes 3D basés sur cet indice ayant une pertinence clinique dans la SIA, qui n’étaient pas identifiés auparavant. Ce projet contribue dans la tendance actuelle vers le développement d’indices 3D et de classifications 3D pour la scoliose idiopathique de l’adolescent.

Une nouvelle méthode pour estimer la torsion géométrique en scoliose idiopathique de l’adolescent

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale. Pour la plupart des patients atteints de SIA, aucun traitement chirurgical n’est nécessaire. Lorsque la déformation devient sévère, un traitement chirurgical visant à réduire la déformation est recommandé. Pour déterminer la sévérité de la SIA, l’imagerie la plus utilisée est une radiographie postéroantérieure (PA) ou antéro-postérieure (AP) du rachis. Plusieurs indices sont disponibles à partir de cette modalité d’imagerie afin de quantifier la déformation de la SIA, dont l’angle de Cobb. La conduite thérapeutique est généralement basée sur cet indice. Cependant, les indices disponibles à cette modalité d’imagerie sont de nature bidimensionnelle (2D). Celles-ci ne décrivent donc pas entièrement la déformation dans la SIA dû à sa nature tridimensionnelle (3D). Conséquemment, les classifications basées sur les indices 2D souffrent des mêmes limitations. Dans le but décrire la SIA en 3D, la torsion géométrique a été étudiée et proposée par Poncet et al. Celle-ci mesure la tendance d’une courbe tridimensionnelle à changer de direction. Cependant, la méthode proposée est susceptible aux erreurs de reconstructions 3D et elle est calculée localement au niveau vertébral. L’objectif de cette étude est d’évaluer une nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique par l’approximation de longueurs d’arcs locaux et par paramétrisation de courbes dans la SIA. Une première étude visera à étudier la sensibilité de la nouvelle méthode présentée face aux erreurs de reconstructions 3D du rachis. Par la suite, deux études cliniques vont présenter la iv torsion géométrique comme indice global et viseront à démontrer l’existence de sous-groupes non-identifiés dans les classifications actuelles et que ceux-ci ont une pertinence clinique. La première étude a évalué la robustesse de la nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique chez un groupe de patient atteint de la SIA. Elle a démontré que la nouvelle technique est robuste face aux erreurs de reconstructions 3D du rachis. La deuxième étude a évalué la torsion géométrique utilisant cette nouvelle méthode dans une cohorte de patient avec des déformations de type Lenke 1. Elle a démontré qu’il existe deux sous-groupes, une avec des valeurs de torsion élevées et l’autre avec des valeurs basses. Ces deux sous-groupes possèdent des différences statistiquement significatives, notamment au niveau du rachis lombaire avec le groupe de torsion élevée ayant des valeurs d’orientation des plans de déformation maximales (PMC) en thoraco-lombaire (TLL) plus élevées. La dernière étude a évalué les résultats chirurgicaux de patients ayant une déformation Lenke 1 sous-classifiées selon les valeurs de torsion préalablement. Cette étude a pu démontrer des différences au niveau du PMC au niveau thoraco-lombaire avec des valeurs plus élevées en postopératoire chez les patients ayant une haute torsion. Ces études présentent une nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique et présentent cet indice quantitativement. Elles ont démontré l’existence de sous-groupes 3D basés sur cet indice ayant une pertinence clinique dans la SIA, qui n’étaient pas identifiés auparavant. Ce projet contribue dans la tendance actuelle vers le développement d’indices 3D et de classifications 3D pour la scoliose idiopathique de l’adolescent.

Design of a laminated composite multi-cel structure subjected to torsion

Laminate composite multi-cell structures have to support both axial and shear stresses when sustaining variable twist. Thus the properties and design of the laminate may not be the most adequate at all cross-sections to support the torsion imposed on the cells. In this work, the effect of some material and geometric parameters on the optimal mechanical behaviour of a multi-cell composite laminate structure is studied when torsion is present. A particle swarm optimization technique is used to maximize the multi-cell structure torsion constant that can be used to obtain the angle of twist of the composite laminate profile.

The influence of geometric factors on the wall shear stress distribution in realistic human coronary arteries

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica. A presente dissertação foi desenvolvida no Erasmus Medical Center em Roterdão, Holanda

Euclidean geometric invariant of framed knots in manifolds

We present an invariant of a three dimensional manifold with a framed knot in it based on the Reidemeister torsion of an acyclic complex of Euclidean geometric origin. To show its nontriviality, we calculate the invariant for some framed (un)knots in lens spaces. An important feature of our work is that we are not using any nontrivial representation of the manifold fundamental group or knot group.

Torsion and gravitation: A new view

According to the teleparallel equivalent of general relativity, curvature and torsion are two equivalent ways of describing the same gravitational field. Though equivalent, they act differently: curvature yields a geometric description, in which the concept of gravitational force is absent whereas torsion acts as a true gravitational force, quite similar to the Lorentz force of electrodynamics. As a consequence, the right-hand side of a spinless-particle equation of motion (which would represent a gravitational force) is always zero in the geometric description, but not in the teleparallel case. This means that the gravitational coupling prescription can be minimal only in the geometric case. Relying on this property, a new gravitational coupling prescription in the presence of curvature and torsion is proposed. It is constructed in such a way to preserve the equivalence between curvature and torsion, and its basic property is to be equivalent to the usual coupling prescription of general relativity. According to this view, no new physics is connected with torsion, which is just an alternative to curvature in the description of gravitation. An application of this formulation to the equations of motion of both a spinless and a spinning particle is discussed.

Structural stability of flexible lines in catenary configuration under torsion

Catenary risers can present during installation a very low tension close to seabed, which combined with torsion moment can lead to a structural instability, resulting in a loop. This is undesirable once it is possible that the loop turns into a kink, creating damage. This work presents a numerical methodology to analyze the conditions of loop formation in catenary risers. Stability criteria were applied to finite element models, including geometric nonlinearities and contact constraint due to riser-seabed interaction. The classical Greenhill's formula was used to predict the phenomenon and parametric analysis shows a “universal plot” able to predict instability in catenaries using a simple equation that can be applied for typical risers installation conditions and, generically, for catenary lines under torsion.

Einstein-like geometric structures on surfaces

An AH (affine hypersurface) structure is a pair comprising a projective equivalence class of torsion-free connections and a conformal structure satisfying a compatibility condition which is automatic in two dimensions. They generalize Weyl structures, and a pair of AH structures is induced on a co-oriented non-degenerate immersed hypersurface in flat affine space. The author has defined for AH structures Einstein equations, which specialize on the one hand to the usual Einstein Weyl equations and, on the other hand, to the equations for affine hyperspheres. Here these equations are solved for Riemannian signature AH structures on compact orientable surfaces, the deformation spaces of solutions are described, and some aspects of the geometry of these structures are related. Every such structure is either Einstein Weyl (in the sense defined for surfaces by Calderbank) or is determined by a pair comprising a conformal structure and a cubic holomorphic differential, and so by a convex flat real projective structure. In the latter case it can be identified with a solution of the Abelian vortex equations on an appropriate power of the canonical bundle. On the cone over a surface of genus at least two carrying an Einstein AH structure there are Monge-Amp`ere metrics of Lorentzian and Riemannian signature and a Riemannian Einstein K"ahler affine metric. A mean curvature zero spacelike immersed Lagrangian submanifold of a para-K"ahler four-manifold with constant para-holomorphic sectional curvature inherits an Einstein AH structure, and this is used to deduce some restrictions on such immersions.

The Geometric Curvature Of The Spine Of Runners During Maximal Incremental Effort Test.

This study sought to analyse the behaviour of the average spinal posture using a novel investigative procedure in a maximal incremental effort test performed on a treadmill. Spine motion was collected via stereo-photogrammetric analysis in thirteen amateur athletes. At each time percentage of the gait cycle, the reconstructed spine points were projected onto the sagittal and frontal planes of the trunk. On each plane, a polynomial was fitted to the data, and the two-dimensional geometric curvature along the longitudinal axis of the trunk was calculated to quantify the geometric shape of the spine. The average posture presented at the gait cycle defined the spine Neutral Curve. This method enabled the lateral deviations, lordosis, and kyphosis of the spine to be quantified noninvasively and in detail. The similarity between each two volunteers was a maximum of 19% on the sagittal plane and 13% on the frontal (p<0.01). The data collected in this study can be considered preliminary evidence that there are subject-specific characteristics in spinal curvatures during running. Changes induced by increases in speed were not sufficient for the Neutral Curve to lose its individual characteristics, instead behaving like a postural signature. The data showed the descriptive capability of a new method to analyse spinal postures during locomotion; however, additional studies, and with larger sample sizes, are necessary for extracting more general information from this novel methodology.

Metodo de reconstrução tridimensional para avaliação postural

Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Educação Física

Geometric morphometrics of the wing as a tool for assigning genetic lineages and geographic origin to Melipona beecheii (Hymenoptera: Meliponini)

The stingless bee Melipona beecheii presents great variability and is considered a complex of species. In order to better understand this species complex, we need to evaluate its diversity and develop methods that allow geographic traceability of the populations. Here we present a fast, efficient, and inexpensive means to accomplish this using geometric morphometrics of wings. We collected samples from Mexico, Guatemala, El Salvador, Nicaragua, and Costa Rica and we were able to correctly assign 87.1% of the colonies to their sampling sites and 92.4% to their haplotype. We propose that geometric morphometrics of the wing could be used as a first step analysis leaving the more expensive molecular analysis only to doubtful cases.

Improved finite element for 3D laminate frame analysis including warping for any cross-section

The most ordinary finite element formulations for 3D frame analysis do not consider the warping of cross-sections as part of their kinematics. So the stiffness, regarding torsion, should be directly introduced by the user into the computational software and the bar is treated as it is working under no warping hypothesis. This approach does not give good results for general structural elements applied in engineering. Both displacement and stress calculation reveal sensible deficiencies for both linear and non-linear applications. For linear analysis, displacements can be corrected by assuming a stiffness that results in acceptable global displacements of the analyzed structure. However, the stress calculation will be far from reality. For nonlinear analysis the deficiencies are even worse. In the past forty years, some special structural matrix analysis and finite element formulations have been proposed in literature to include warping and the bending-torsion effects for 3D general frame analysis considering both linear and non-linear situations. In this work, using a kinematics improvement technique, the degree of freedom ""warping intensity"" is introduced following a new approach for 3D frame elements. This degree of freedom is associated with the warping basic mode, a geometric characteristic of the cross-section, It does not have a direct relation with the rate of twist rotation along the longitudinal axis, as in existent formulations. Moreover, a linear strain variation mode is provided for the geometric non-linear approach, for which complete 3D constitutive relation (Saint-Venant Kirchhoff) is adopted. The proposed technique allows the consideration of inhomogeneous cross-sections with any geometry. Various examples are shown to demonstrate the accuracy and applicability of the proposed formulation. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

A solid-like FEM for geometrically non-linear 3D frames

This study presents a solid-like finite element formulation to solve geometric non-linear three-dimensional inhomogeneous frames. To achieve the desired representation, unconstrained vectors are used instead of the classic rigid director triad; as a consequence, the resulting formulation does not use finite rotation schemes. High order curved elements with any cross section are developed using a full three-dimensional constitutive elastic relation. Warping and variable thickness strain modes are introduced to avoid locking. The warping mode is solved numerically in FEM pre-processing computational code, which is coupled to the main program. The extra calculations are relatively small when the number of finite elements. with the same cross section, increases. The warping mode is based on a 2D free torsion (Saint-Venant) problem that considers inhomogeneous material. A scheme that automatically generates shape functions and its derivatives allow the use of any degree of approximation for the developed frame element. General examples are solved to check the objectivity, path independence, locking free behavior, generality and accuracy of the proposed formulation. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Modelling grain boundary migration during geometric dynamic recrystallization

High-angle grain boundary migration is predicted during geometric dynamic recrystallization (GDRX) by two types of mathematical models. Both models consider the driving pressure due to curvature and a sinusoidal driving pressure owing to subgrain walls connected to the grain boundary. One model is based on the finite difference solution of a kinetic equation, and the other, on a numerical technique in which the boundary is subdivided into linear segments. The models show that an initially flat boundary becomes serrated, with the peak and valley migrating into both adjacent grains, as observed during GDRX. When the sinusoidal driving pressure amplitude is smaller than 2 pi, the boundary stops migrating, reaching an equilibrium shape. Otherwise, when the amplitude is larger than 2 pi, equilibrium is never reached and the boundary migrates indefinitely, which would cause the protrusions of two serrated parallel boundaries to impinge on each other, creating smaller equiaxed grains.

A Geometric Approach for Turbo Decoding of Reed-Solomon Codes in QAM Modulation Schemes

This work studies the turbo decoding of Reed-Solomon codes in QAM modulation schemes for additive white Gaussian noise channels (AWGN) by using a geometric approach. Considering the relations between the Galois field elements of the Reed-Solomon code and the symbols combined with their geometric dispositions in the QAM constellation, a turbo decoding algorithm, based on the work of Chase and Pyndiah, is developed. Simulation results show that the performance achieved is similar to the one obtained with the pragmatic approach with binary decomposition and analysis.