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Microtubule structure & dynamics: insights from C. elegans
No full textMicrotubules are long, slender polymers of the protein tubulin that cells use to construct the cytoskeleton, the mitotic spindle, axonemes, and neuronal processes. These polymers are not static. Rather, they are constantly broken down and rebuilt as cells grow, divide, and differentiate. This process is called the dynamic instability of microtubules, which is a conserved and fundamental mechanism in eukaryotes. However, microtubules from different species diverge in their growth rates and lattice structures. Therefore, we do not know what limits microtubule growth, what determines microtubule structure, or whether the mechanisms of dynamic instability are universal. To approach this challenge, I turned to the nematode C. elegans, which stands out in the microcosm of microtubule morphology. First, its microtubules lack the textbook 13 protofilament architecture found in most species studied to date, including mammals. Instead, its cells harbour smaller microtubules with only 11 protofilaments. Second, its microtubules grow nearly two orders of magnitude faster than those of other eukaryotes. I reasoned that studying the microtubules of C. elegans would yield critical insights into microtubule structure and dynamics.Using a reconstitution approach, I found that C. elegans microtubules were intrinsically fast-growing. To understand how sequence divergence translates to fast growth, I turned to cryo-electron microscopy. In combination with single-particle reconstruction techniques, I was able to solve the 3D structure of C. elegans microtubules to 4.8 Å. This revealed that the divergent residues localize to inter-tubulin lateral contacts. Furthermore, a typically unstructured loop therein was resolved in C. elegans compared to published mammalian microtubule structures. Indeed, a molecular dynamics simulation of tubulin performed by the Sept lab showed that those residues were more likely to form stable secondary structures. By applying the Arrhenius equation to microtubule growth, I confirmed that C. elegans tubulin had a higher free energy in solution. Finally, an analysis of tubulin geometry revealed that the C. elegans 11 protofilament microtubules were supertwisted in vitro. I confirmed this observation in electron tomograms of fixed embryos (prepared by the Müller-Reichert lab) by developing a novel 3D analysis technique. Ultimately, this study revealed that (1) the ordering of lateral contact loops limits microtubule growth, and (2) a complex metazoan can thrive with supertwisted microtubules.Les microtubules sont de longs polymères de la protéine tubuline que les cellules utilisent pour construire le cytosquelette, le fuseau mitotique, les axonèmes, et les neurites. Ces polymères ne sont pas statiques. Au contraire, ils sont constamment désassemblés et reconstruits au cours de la croissance, la division et la différenciation cellulaire. Ce processus est un mécanisme conservé et fondamental chez les eucaryotes qu'on appelle l'instabilité dynamique des microtubules. Les microtubules de différentes espèces divergent dans leurs vitesses de croissance et dans leurs structures. Ainsi, nous ne savons pas ce qui limite la croissance des microtubules, ce qui détermine leur structure et d'autant moins si les mécanismes de l'instabilité dynamique sont universels. Je me suis donc tourné vers les microtubules du nématode C. elegans, bien uniques pour leur morphologie. Premièrement, ils contiennent 11 protofilaments, contrairement aux microtubules chez la majorité des espèces étudiées, qui en contiennent 13. Deuxièmement, les microtubules de C. elegans croissent beaucoup plus rapidement que ceux d'autres eucaryotes. J'ai donc pensé que l'étude des microtubules de C. elegans rendrait une perspective importante sur les microtubules.Grâce à un système de reconstitution in vitro, j'ai trouvé qu'une croissance rapide est une propriété intrinsèque des microtubules de C. elegans. Pour comprendre comment la particularité de séquence peptidique produit une croissance rapide, je me suis tourné vers la cryo-microscopie électronique. Combinant ceci avec une technique de reconstruction, j'ai réussi à déterminer la structure en 3D des microtubules de C. elegans à 4.8 Å. Ceci a révélé que les résidus divergents se localisent aux contacts inter-tubulines latéraux. Dans ces contacts, une région typiquement désordonnée chez les mammifères est ordonnée chez C. elegans. En effet, une simulation de la dynamique moléculaire de la tubuline par le laboratoire du Dr Sept a démontré que ces résidus sont plus susceptibles de former des structures secondaires stables. En appliquant l'équation d'Arrhenius à la croissance des microtubules, j'ai confirmé que la tubuline de C. elegans a une plus grande énergie libre en solution. Finalement, une analyse de la géométrie de la tubuline a révélé que les microtubules à 11 protofilaments de C. elegans sont surenroulés in vitro. J'ai confirmé cette observation en analysant des tomogrames d'embryons (préparées par le laboratoire du Dr Müller-Reichert). Finalement, cette étude a révélé que (1) la structure secondaire des résidus participant aux contacts inter-tubulines latéraux limite la croissance des microtubules et (2) un métazoaire complexe peut prospérer en ayant des microtubules surenroulés
Dosimetry of a miniature x-ray source used in intraoperative radiation therapy
No full textThe INTRABEAM System (Carl Zeiss Meditech AG, Jena, Germany) is a miniature x-ray source operating at 50 kVp for use in intraoperative radiation therapy (IORT). Electrons are accelerated towards a hemispherical thin gold target to produce a radially isotropic photon intensity distribution, consisting of bremsstrahlung and fluorescence photons. The INTRABEAM source is primarily used to treat breast cancer, and has shown to be a viable option compared to external beam radiation therapy through the results of the TARGIT-A clinical trial. The x-ray source was modeled using EGSnrc, a Monte Carlo (MC) particle transport code. Source and applicator materials and dimensions were taken from published data and specifications provided by the manufacturer. The simulated spectrum results were compared with previously published simulation and measurement results, and validated with measurements of half-value layer performed in-air, and percent depth dose measurements in a water phantom. The effect of including explicit M- and N-subshell atomic transitions versus averaged shells in the source simulations was investigated, and was found to be appreciable. The efficiency of using a phase space source of all particles leaving the surface of the INTRABEAM source probe, rather than an electron source striking the gold target was also investigated.A dose formalism was proposed for calculating the absorbed dose to water from INTRABEAM bare source measurements performed in a water phantom with an air-kerma calibrated ionization chamber, relying on MC-calculated dose ratios. It was found that the formalism systematically calculated a larger dose (up to 23% greater) than the equation recommended by the manufacturer. It was determined that the uncertainty in the electrode separation of the PTW 34013 parallel plate ionization chamber used had a significant effect on the dose calculation uncertainty. The MC-derived formalism (CQ) and manufacturer recommended (Zeiss) dose determinations were compared with the dose calculation used in the TARGIT protocol as a function of depth in water. Radiochromic film measurements of absorbed dose were also performed and compared. The dose determined by the CQ, Zeiss, and film methods generally agreed considering measurement uncertainties (5-6%). The TARGIT dose was considerably less than the other methods by 14% to 80%, suggesting that the TARGIT dose underestimates the physical dose to water. The results presented in this work provide strong evidence that the doses delivered in breast IORT treatments following the TARGIT protocol were significantly greater than the dose prescribed, and varied with the size of spherical applicator used.Le système INTRABEAM (Carl Zeiss Meditech AG, Jena, Allemagne) est une source miniature de rayons X qui fonctionne à 50 kVp pour utilisation en radiothérapie intra-opératoire (IORT). Dans la source, les électrons sont accélérés vers une cible aurifère hémisphérique produisant ainsi une distribution d'intensité des photons radialement isotrope, incluant des photons Bremsstrahlung et de fluorescence. Le système INTRABEAM est principalement utilisé pour traiter le cancer du sein et il s'est révélé être une option viable par rapport à la radiothérapie par faisceau externe, d'après les résultats de l'essai clinique TARGIT-A. La source de rayons X a été modélisée en utilisant EGSnrc, un code de transport des particules basé sur la méthode Monte Carlo (MC). Les matériaux et les dimensions de la source et de l'applicateur ont été extraits des données publiées et des spécifications fournies par le fabricant. Les résultats du spectre simulé ont été comparés aux résultats de mesures et de simulations précédemment publiés, puis ils ont été validés à l'aide de mesures de la couche de demi-atténuation effectuées dans l'air et de mesures de pourcentage de dose en profondeur dans un fantôme d'eau. L'effet de l'inclusion dans les simulations des transitions atomiques explicites des sous-couches M− et N−par rapport à des coques moyennées a été étudié et a été jugé appréciable. L'efficacité d'utiliser une source "phase-space" de toutes les particules qui quittent la surface de la sonde INTRABEAM, plutôt qu'une source d'électrons frappant la cible en or, a également été étudiée. Un formalisme de dose a été proposé pour calculer la dose absorbée dans l'eau à partir de mesures de source INTRABEAM nue effectuées dans un fantôme d'eau avec une chambre d'ionisation calibrée au kerma dans l'air, en se basant sur les rapports de dose calculés par MC. Il a été constaté que le formalisme calculait systématiquement une dose supérieure (jusqu'à 23% supérieure) à l'équation recommandée par le fabricant. Il a été déterminé que l'incertitude sur la séparation des électrodes de la chambre d'ionisation à plaques parallèles PTW 34013 utilisée avait un effet significatif sur l'incertitude du calcul de la dose. Les formalismes de calcul de dose dérivé de MC (CQ) et recommandé par le fabricant (Zeiss) ont été comparés à celui utilisé dans le protocole TARGIT en fonction de la profondeur dans 'eau. Des mesures sur film radiochromique de la dose absorbée ont également été effectuées et comparées. La dose déterminée par les méthodes CQ, Zeiss et film concordait généralement, compte tenu des incertitudes de mesure (5-6%). La dose de TARGIT était considérablement inférieure aux autres méthodes de 14 à 80%, ce qui suggère que la dose de TARGIT sous-estime la dose physique dans l'eau. Les résultats présentés dans ce travail fournissent des preuves solides que les doses délivrées dans les traitements IORT du sein selon le protocole TARGIT étaient significativement supérieures à la dose prescrite et variaient en fonction de la taille de l'applicateur sphérique utilisé
Analysis of confined flows, airfoils and wings at low Reynolds numbers
No full textThis thesis presents a deep analysis of the steady and unsteady viscous flows past airfoils and three-dimensional wings, and of three-dimensional confined flows at low Reynolds numbers. This research work was carried out in several cases studies: (i) steady and unsteady confined viscous flows; (ii) unsteady separations effects on the flow past stationary airfoils; (iii) effect of the ground proximity on the steady and unsteady viscous flows past oscillating and fixed airfoils; (iv) three-dimensional steady flows past wings at low Reynolds numbers. The first part presents an efficient numerical method to solve three-dimensional steady and unsteady flows in a three-dimensional downstream-facing step channel at low Reynolds numbers. A finite-difference formulation and artificial compressibility were used on a stretched staggered grid for the solution of the Navier-Stokes equations, which is second-order accurate in space and time. The results were found to be in good agreement with the available experimental results. For the first time it was confirmed that the difference between the two-dimensional numerical solutions and the experimental results was due to the effect of the lateral walls in the experimental configuration.The second part is the study of the unsteady effects on stationary airfoils due to unsteady flow separations at low Reynolds numbers. This study was performed with an efficient time-accurate numerical method using a pseudo-time relaxation procedure with artificial compressibility and a factored Alternate-Direction Implicit (ADI) scheme for the pseudo-time integration. The method is successfully validated by comparison with the experimental results obtained by Suwa et al. for triangular airfoils at low Reynolds numbers. It was found that the aerodynamic coefficients of lift and drag displayed periodic variations in time due to the unsteady flow separations occurring at low Reynolds numbers on stationary airfoils at relatively small angles of attack.Analysis of the steady and unsteady flows over airfoils in the proximity of the ground was studied in the third part. Various flight evolutions of the micro-air-vehicles take place in the proximity of the ground or a ceiling, which require the aerodynamic solutions in these conditions at low Reynolds numbers. Solutions are presented for the unsteady lift and drag coefficients of several NACA airfoils in the proximity of the ground. A detailed study of the influence of various geometric and flow parameters, such as the angle of attack, airfoil relative thickness, amplitude and frequency of oscillations and Reynolds number, on the flow separations in the proximity of the ground were carried out in this part. This study also presented the analysis of the unsteady flows past stationary airfoils in the proximity of the ground, aiming to determine the influence of the distance to the ground on these unsteady effects which are generated by the unsteady flow separations on the stationary airfoils at low Reynolds numbers. It was found that these unsteady effects appear at lower angles of attack for the airfoils in the proximity of the ground than in free flight.The fourth and final case study is the three-dimensional analysis of the steady viscous flows past rectangular wings with various NACA airfoil sections at low Reynolds numbers. The solutions are obtained using an efficient numerical method to solve the Navier-Stokes equations for incompressible flows. The numerical solutions of the aerodynamic lift and drag coefficients obtained by this method are validated with the experimental results obtained by Sunada et al. for rectangular wings. A parametric study of the influence of various geometric and flow parameters, such as wing thickness, wing airfoil camber, angle of attack and Reynolds number is also presented.Cette thèse présente une analyse approfondie des écoulements visqueux permanents et oscillatoires autour des profils aérodynamiques et des ailes tridimensionnelles, ainsi que des écoulements confinés tridimensionnels à faible nombre de Reynolds. Ces travaux de recherche ont été réalisés dans plusieurs études: i) les écoulements visqueux confinés permanents et oscillatoires; (ii) les effets de séparation nonstationnaires sur les profils aérodynamiques stationnaires; (iii) l'effet de la proximité du sol sur les écoulements visqueux stationnaires et oscillatoires autour des profils aérodynamiques fixes et oscillants; (iv) les écoulements en trois dimensions autour des ailes à faibles nombres de Reynolds.La première partie présente une méthode numérique efficace pour résoudre les ecoulements permanents et oscillatoires en trois dimensions dans un canal à faibles nombres de Reynolds. Une formulation à différences finies et une compressibilité artificielle ont été utilisées pour la solution des équations de Navier-Stokes, qui est précise au second ordre dans l'espace et dans le temps. Les résultats se sont avérés en bon accord avec les résultats expérimentaux disponibles. Pour la première fois, il a été confirmé que la différence entre les solutions numériques en deux dimensions et les résultats expérimentaux était due à l'effet des parois latérales dans la configuration expérimentale.La seconde partie est l'étude des effets nonstationnaires sur les profils aérodynamiques stationnaires générés par les séparations d'écoulement oscillatoires à faibles nombres de Reynolds. Cette étude a été réalisée avec une méthode numérique efficace dans le temps, utilisant une procédure de relaxation pseudo-temporelle avec compressibilité artificielle et un schéma implicite de la direction alternative (ADI) factorisé pour l'intégration pseudo-temporelle. La méthode est validée avec succès par comparaison avec les résultats expérimentaux obtenus par Suwa et al. pour les profils aérodynamiques triangulaires à faibles nombres de Reynolds. On a constaté que les coefficients aérodynamiques de portance et de traînée présentaient des variations périodiques dans le temps en raison des séparations d'écoulement nonstationnaires se produisant à des nombres de Reynolds faibles sur des profils aérodynamiques fixes à des angles d'attaque relativement faibles.L'analyse des écoulements permanents et oscillatoires sur les profils aérodynamiques à proximité du sol a été étudiée dans la troisième partie. Diverses évolutions de vol des micro-véhicules aériens se produisent à proximité du sol ou d'un plafond, ce qui nécessite des solutions aérodynamiques dans ces conditions à des faibles nombres de Reynolds. Des solutions sont présentées pour les coefficients de portance et de traînée oscillatoires de plusieurs profils aérodynamiques NACA à proximité du sol. Une étude détaillée de l'influence de divers paramètres géométriques et d'écoulement, tels que l'angle d'attaque, l'épaisseur relative du profil, l'amplitude et la fréquence des oscillations et le nombre de Reynolds, a été réalisée dans cette partie. Cette étude a également présenté l'analyse des écoulements oscillatoires autour des profils aérodynamiques stationnaires à proximité du sol, visant à déterminer l'influence de la distance au sol sur ces effets oscillatoires générés par les séparations d'écoulement oscillatoire sur les profils aérodynamiques stationnaires à des faibles nombres de Reynolds. Il a été constaté que ces effets oscillatoires apparaissent à des angles d'attaque plus faibles pour les profils aérodynamiques à proximité du sol qu'en vol libreLa quatrième et dernière étude de cas est l'analyse tridimensionnelle des écoulements visqueux autour des ailes rectangulaires avec diverses sections de profil aérodynamique à faibles nombres de Reynolds. Les solutions sont obtenues en utilisant une méthode numérique efficace pour résoudre les équations de Navier-Stokes pour les écoulements incompressible
Nonlinear microscopy as a tool for histological examinations
No full textHistological analysis is a fundamental technique in modern medical diagnostics. In this thesis, we present novel imaging techniques based on nonlinear microscopy to provide a most needed update to classical histological methods, some of which were initially developed a hundred years ago. Nonlinear microscopy, a form of advanced laser scanning microscopy, enables three-dimensional imaging within tissue using multiple complementary nonlinear contrast mechanisms including multiphoton fluorescence, second harmonic generation (SHG) and third harmonic generation (THG) each with inherent optical sectioning capabilities. The technique can be applied to both labelled and unlabeled samples, allowing for greater flexibility.This thesis first presents a new histological malaria detection method, third harmonic generation imaging scanning cytometry (THGISC). This technique is based on the combination of THG imaging, high speed motorized scanning and automated software processing. THG is a nonlinear optical process in which three incident photons interact with specific materials to combine into one photon that possesses the sum of their energies resulting in emission that is three times the incident light frequency. Hemozoin, a metabolic byproduct of the malaria parasite, has been shown to present a strong THG signal. We applied THGISC to lab-cultured parasites and malaria infected patient blood samples. We demonstrated that our technique is comparable in effectiveness to the gold standard of malaria detection by manual observation of Giemsa staining while significantly improving throughput thanks to rapid scanning and automated software-based parasitemia determination.A novel multimodal approach for virtual histology of rabbit vocal folds by label-free nonlinear microscopy and nano computed tomography is presented to investigate vocal fold regeneration after injury. Traditionally, vocal fold histology was conducted through mechanical sectioning of tissue into thin slices and conventional histological staining of the slices. Our method enables us to visualize the tissue microarchitecture, particularly extracellular matrix elements such as collagen and elastin, which are critical for the proper functioning of vocal folds. We visualize collagen through SHG and elastin via two photon fluorescence; we are also able to observe other features of interest in whole vocal folds such as muscle, chondrocytes and blood vessels through two photon fluorescence. The resulting images were used to create detailed three-dimensional models of vocal fold tissue that can be computationally cross-sectioned in software for easy visualization. Lastly, we investigate common histological dyes as THG harmonophores, enabling high resolution selective imaging of specific histological tissue features. We first verified the third order nonlinear susceptibility of hematoxylin within hematoxylin and eosin stained human skin and liver tissue sections, demonstrating highly selective nuclear staining by THG. We then identified two new THG harmonophores in common histological stains: Verhoeff-Van-Gieson and picrosirius red. We observe that the iron hematoxylin component of the Verhoeff stain acts as a selective THG harmonophore in tissue, binding to elastic fibers and nuclei. We also showed for the first time a significant nonlinear emission from picrosirius red, enabling highly specific, high contrast collagen detection by THG imaging.The application of nonlinear microscopy to histological investigations provides powerful alternatives to conventional methods. The inherent optical sectioning capability of nonlinear microscopy extends histology into the third dimension while the multimodal approach allows for simultaneous visualization of structures of interest in both unlabeled tissue and through labelling with highly selective harmonophores. We anticipate that these techniques will be adopted in the future of modern biomedical diagnostics.L'analyse histologique est une technique fondamentale du diagnostic médical moderne. Dans cette thèse, nous présentons de nouvelles techniques d'imagerie basées sur la microscopie non linéaire pour apporter une mise à jour indispensable des méthodes histologiques classiques, dont certaines ont été développées il y a cent ans. La microscopie non linéaire, une forme de microscopie avancée à balayage laser, permet une imagerie tridimensionnelle dans un tissu en utilisant de multiples mécanismes de contraste non linéaires complémentaires, notamment la fluorescence multiphotonique, la génération de seconde harmonique (GSH) et la génération de troisième harmonique (GTH), chacun ayant une capacité intrinsèque de sectionnement optique. Cette technique peut être appliquée aux échantillons marqués et sans marqueur, permettant une plus grande flexibilité.Cette thèse présente d'abord une nouvelle méthode de détection histologique du paludisme, la cytométrie de balayage par imagerie de la génération de troisième harmonique (CBIGTH). Cette technique repose sur la combinaison de l'imagerie par GTH, du balayage motorisé à grande vitesse et du traitement logiciel automatisé. Nous avons démontré que l'efficacité de notre technique était comparable à celle de la détection du paludisme par l'observation manuelle de la coloration au Giemsa tout en améliorant considérablement le rendement grâce au balayage rapide et à la détermination automatisée de la parasitémie basée sur logiciel.Une nouvelle approche multimodale pour l'histologie virtuelle des cordes vocales de lapin par microscopie non linéaire sans marqueur et nano-tomodensitométrie est présentée afin d'étudier la régénération des cordes vocales après une blessure. Notre méthode nous permet de visualiser la microarchitecture tissulaire, en particulier les éléments de la matrice extracellulaire tels que le collagène et l'élastine, qui sont essentiels au bon fonctionnement des cordes vocales. Nous visualisons le collagène par GSH et l'élastine par fluorescence à deux photons; nous sommes également en mesure d'observer d'autres caractéristiques intéressantes dans des cordes vocales entières telles que le muscle, les chondrocytes et les vaisseaux sanguins grâce à la fluorescence à deux photons. Enfin, nous étudions les colorants histologiques courants en tant qu'harmonophores de GTH, permettant une imagerie sélective à haute résolution de caractéristiques tissulaires histologiques spécifiques. Nous avons d'abord vérifié la sensibilité non linéaire de troisième ordre de l'hématoxyline dans les coupes de tissu humain de la peau et du foie colorées à l'hématoxyline et à l'éosine, démontrant une coloration nucléaire hautement sélective par la GTH. Nous avons ensuite identifié deux nouveaux harmonophores de GTH dans des colorants histologiques communs: Verhoeff-Van-Gieson et rouge picrosirius. Nous observons que le composant d'hématoxyline de fer de la coloration de Verhoeff agit comme un harmonophore de GTH sélectif dans le tissu qui se lie aux fibres élastiques et aux noyaux cellulaires. Nous avons également montré pour la première fois une émission non linéaire significative du rouge picrosirius, permettant une détection hautement spécifique du collagène à contraste élevé par imagerie de GTH.L'application de la microscopie non linéaire aux investigations histologiques fournit de puissantes alternatives aux méthodes conventionnelles. La capacité de sectionnement optique intrinsèque à la microscopie non linéaire étend l'histologie à la troisième dimension, tandis que l'approche multimodale permet la visualisation simultanée des structures d'intérêt dans les tissus non marqués et par marquage à l'aide d'harmonophores hautement sélectifs. Nous anticipons que ces techniques seront adoptées dans le futur du diagnostic biomédical moderne
A novel approach to investigate pedestrian safety in non-signalized crosswalk environments and related treatments using trajectory data
No full textThe high frequency of pedestrian crash injuries and the great possibility of fatal consequences have made pedestrian safety a great focus in road safety research. Pedestrian safety becomes even more of a problem at non-signalized locations when compared to signalized crosswalk locations, due to the absence of traffic lights controlling the traffic. This dissertation aims to improve data collection methods for pedestrian safety analysis and to develop a methodological framework to investigate pedestrian safety at non-signalized crosswalk locations.The work started with reviewing methodologies and data collection methods in previous studies. Methods used in past studies were classified into five different approaches: the crash data approach and four surrogate safety approaches (the traffic data approach, the conflict event approach, the behavioral analysis approach, and the perception analysis approach). Issues in the methodologies applied, and data used were summarized. To overcome the limitations that regular visible spectrum cameras have encountered during the data collection process, the thermal camera was introduced and its performance in road user detection, classification, and speed measurement was validated through its comparison to the use of the regular camera. Results showed an evidently better performance from thermal camera for low visibility and shadow conditions. For speed measurements, the thermal camera was consistently more accurate than the regular camera at daytime and nighttime. A study was conducted to investigate pedestrian safety at crosswalks at nighttime using existing measures. Although, the methodology performed well, further limitations of using safety measure methods were discovered upon the completion of the study. A novel framework which looks at the interaction between the pedestrian and the vehicle, and their behavior during the interactions, was proposed and illustrated through a case study. The framework was further tested through a study to compare the performance of three main non-signalized crosswalk types (uncontrolled, marked, and stop sign controlled crosswalks) on pedestrian safety in Montreal. Stop sign controlled crosswalks had the best performance in protecting pedestrians while uncontrolled crosswalks performed the worst. To explore the extensive applications of the framework, the investigation of cyclist-pedestrian interactions was introduced as it has been a major but underestimated safety problem. Marked crosswalks alone fail to protect pedestrians from passing cyclists. Besides, pedestrian safety at crossings on cycling facilities with downhill grades was found to be a great issue. The dissertation will: provide a comprehensive literature review that acts as a practical reference to investigating pedestrian safety at non-signalized crosswalk locations; introduce a promising alternative, the thermal camera, to overcome the limitations of using the visible camera for automated traffic data collection; propose a new framework that describes pedestrian-vehicle interactions more precisely, compared to previous studies. This framework is promising for different purposes in road safety on various topics, such as the analysis of interactions between different types of road users, road user interaction simulation, safety treatments validations, and the performance evaluations of autonomous vehicles. La fréquence élevée des accidents impliquant des piétons et le grand risque de conséquences mortelles ont fait de la sécurité des piétons un élément central de la recherche sur la sécurité routière. La sécurité des piétons devient encore plus problématique aux endroits non signalés par rapport aux passages pour piétons signalés, en raison de l'absence de feux de circulation contrôlant le trafic. Cette thèse vise à améliorer les méthodes de collecte de données pour l'analyse de la sécurité des piétons et à développer un cadre méthodologique pour étudier la sécurité des piétons aux passages pour piétons non signalés.Le travail a débuté par la révision des méthodologies et des méthodes de collecte de données lors d'études précédentes. Les méthodes utilisées dans les études antérieures ont été classées en cinq approches différentes: l'approche par les données sur les accidents et quatre approches de sécurité de substitution (l'approche par les données de trafic, l'approche par conflit, l'approche par analyse comportementale et l'approche par analyse de perception). Les problèmes posés par les méthodologies appliquées et les données utilisées ont été résumés. Afin de surmonter les limites rencontrées par les caméras à spectre visible ordinaires lors du processus de collecte de données, la caméra thermique a été introduite et ses performances en matière de détection, de classification et de mesure de la vitesse des usagers de la route ont été validées par comparaison avec l'utilisation de la caméra classique. Les résultats ont montré que la caméra thermique offrait de meilleures performances dans les conditions de faible visibilité et d'ombre. Pour les mesures de vitesse, la caméra thermique était toujours plus précise que la caméra normale jour et nuit. Une étude a été menée pour examiner la sécurité des piétons aux passages pour piétons la nuit en utilisant les mesures existantes. Bien que la méthodologie ait donné de bons résultats, l'utilisation de méthodes de mesure de la sécurité a encore été limitée au terme de l'étude. Un nouveau cadre qui examine l'interaction entre le piéton et le véhicule et leur comportement lors de ces interactions a été proposé et illustré à travers une étude de cas. Le cadre a ensuite été testé dans le cadre d'une étude comparant les performances de trois principaux types de passages pour piétons non signalés (passages pour piétons non contrôlés, balisés et contrôlés par des panneaux d'arrêt) en matière de sécurité des piétons à Montréal. Les passages pour piétons contrôlés par des panneaux d'arrêt ont eu la meilleure performance en matière de protection des piétons, tandis que les passages pour piétons incontrôlés ont donné les meilleurs résultats. Pour explorer les applications étendues du cadre, la recherche sur les interactions cyclistes-piétons a été introduite car il s'agissait d'un problème de sécurité majeur mais sous-estimé. Les passages pour piétons marqués ne suffisent pas à protéger les piétons des cyclistes de passage. En outre, la sécurité des piétons aux passages à niveau sur des installations cyclables avec des pentes en descente s'est avérée être un problème majeur.La thèse: fournira une revue de la littérature complète qui servira de référence pratique pour enquêter sur la sécurité des piétons aux passages pour piétons non signalés; introduire une alternative prometteuse, la caméra thermique, afin de surmonter les limites de l'utilisation de la caméra visible pour la collecte automatisée de données sur la circulation; proposer un nouveau cadre décrivant plus précisément les interactions entre piétons et véhicules par rapport aux études précédentes. Ce cadre est prometteur pour différents objectifs en matière de sécurité routière sur différents sujets, tels que l'analyse des interactions entre différents types d'usagers de la route, la simulation d'interactions d'usagers de la route, la validation de traitements de sécurité et les évaluations de performances de véhicules autonomes
3D visual tracking and inter-robot communication through full-body gestures
No full textIn this thesis, we consider inter-robot communication in robot convoying settings. In particular, we investigate passive communication for radio-denied environments by using whole-body gestures performed by an underwater robot to provide cues regarding future actions. We first focus on visually detecting and tracking the 3D pose of autonomous underwater vehicles to enable robust multi-robot convoying. We follow the approach of tracking-by-detection, which combines the robust, drift-free nature of object detection with the temporal consistency of tracking algorithms. Our approach relies on a multi-output convolutional network that jointly predicts the target robot's presence in the image, its 2D bounding box, and its 3D orientation. This, combined with camera intrinsic parameters and prior knowledge of the robot's scale, allows us to recover the full 6-degree-of-freedom pose of the target robot. We then leverage the tracked pose to develop a visual communication protocol whereby information is transmitted through codewords: a series of actions executed by the swimming robot. These sequences are chosen to optimize robustness and transmission efficiency given the observability, natural activity of the robot and the frequency of different messages. The observer robot then uses an adaptation of classical decoding methods to infer the transmitted message. To train our network, we rely exclusively on synthetic images and we test our system on underwater datasets in both pool and ocean settings. Our evaluation demonstrates successful generalization of both the learned tracking model and the visual communication protocol to real underwater footage of the target robot.Dans cette thèse, nous considérons la communication inter-robot dans les environnements de convoi de robots. En particulier, nous étudions la communication passive pour les environnements sans radio en utilisant des gestes du corps entier exécutés par un robot sous-marin afin de fournir des indices sur les actions à venir. Nous nous concentrons d'abord sur la détection visuelle et le suivi de la pose 3D de véhicules sous-marins autonomes afin de permettre un convoyage multi-robot robuste. Nous suivons l'approche du suivi par détection, qui conjugue la nature robuste et sans dérive de la détection d'objet et la cohérence temporelle des algorithmes de suivi. Notre approche repose sur un réseau convolutionnel à plusieurs sorties qui prédit conjointement la présence du robot dans l'image, son cadre de délimitation 2D et son orientation 3D. Ceci, combiné aux paramètres intrinsèques de la caméra et à la connaissance préalable de la taille du robot, nous permet de récupérer la pose complète à 6 degrés de liberté du robot. Nous exploitons ensuite la pose suivie pour développer un protocole de communication visuelle dans lequel de l'information est transmise via des mots de code (ou codewords): une série d'actions exécutées par le robot nageur. Ces séquences sont choisies pour optimiser la robustesse et l'efficacité de la transmission en fonction de l'observabilité, de l'activité naturelle du robot et de la fréquence des différents messages. Le robot observateur utilise ensuite une adaptation des méthodes de décodage classiques pour déduire le message transmis. Pour entraîner notre réseau, nous nous basons exclusivement sur des images synthétiques et nous testons notre système sur des jeux de données sous-marins en piscine et en océan. Notre évaluation démontre la généralisation réussie du modèle de suivi appris et du protocole de communication visuelle sur de vraies images sous-marines du robot
Coupled experimental and thermodynamic modeling of A12O3-CaO-FeO-Fe2O3-MgO-MnO-Mn2O3-SiO2- TiO3-TiO2 system
No full textThe phase diagram and thermodynamic properties of the Al2O3-CaO-FeO-Fe2O3-MgO-MnO-Mn2O3-SiO2-Ti2O3-TiO2 system are important in various applications such as steelmaking, refractories, advanced ceramics, petrology and geochemistry. In the present work, the available thermodynamic database for the Al2O3-CaO-FeO-Fe2O3-MgO-SiO2 system was expanded toward the Mn and Ti oxide systems to develop an accurate thermodynamic database for the ten-component system. For this purpose, a complete literature review, critical evaluation and thermodynamic optimization of the phase diagrams and thermodynamic properties of related systems at 1 atm was performed. As part of the thermodynamic study, key phase diagram experiments were performed in the Fe-Ti-O, Mn-Ti-O, Al-Ti-O, Fe-Mn-Ti-O, Mg-Mn-Ti-O, Mn-Si-Ti-O, and Mn-Al-Ti-O systems in air to obtain unknown phase equilibria between the liquid phase and complex solid solutions and resolve any inconsistencies among existing experimental data in the literature.Phase diagram experiments were performed using the classical equilibration and quenching technique. Phase analysis was performed using Electron Probe Microanalysis (EPMA) and X-ray Diffraction (XRD) on all the quenched samples. In the Al-Ti-O system, the solubility of Al2O3 in the rutile (TiO2) solid solution was measured at high temperature. In the Fe-Ti-O system, the liquidus, solubility of Fe2O3 in the rutile (TiO2) solution, and the homogeneity ranges of Fe2O3-FeTiO3 ilmenite and Fe2TiO5-Ti3O5 pseudobrookite solutions were determined at high temperature. In the Mn-Ti-O system, the liquidus, MnO solubility in rutile and the homogeneity range of Mn3O4-Mn2TiO4 spinel were measured. In the Mg-Mn-Ti-O, Fe-Mn-Ti-O and Mn-Si-Ti-O systems, the complex phase equilibria between liquid and solid solutions were experimentally elucidated for the first time in air atmosphere. For the thermodynamic optimization, the liquid phase was described using the Modified Quasichemical Model considering short-range ordering in the molten oxide and the Gibbs energies of the complex solid solutions pseudobrookite, ilmenite and spinel were described using the Compound Energy Formalism considering the crystal structure of each solid solution. Using the thermodynamic models with optimized model parameters in binary and ternary systems, the phase diagrams and thermodynamic properties of higher order systems in the Al2O3-CaO-FeO-Fe2O3-MgO-MnO-Mn2O3-SiO2-Ti2O3-TiO2 system were well calculated. The database containing the optimized model parameters in this study is compatible with the other FactSage thermodynamic databases and can be used to calculate any unexplored phase diagram and thermodynamic properties within the ten-component system. The database can be used for the complex thermodynamic calculations applicable to pyrometallurgy and advanced ceramics and used for the optimization of industrial processes and the development of new materials.Le diagramme de phase et les propriétés thermodynamiques du système Al2O3-CaO-FeO-Fe2O3-MgO-MnO-Mn2O3-SiO2-Ti2O3-TiO2 sont importants dans diverses applications telles que la sidérurgie, les réfractaires, les céramiques avancées, pétrologie et la géochimie. Dans le présent travail, la base de données thermodynamiques disponible pour le système Al2O3-CaO-FeO-Fe2O3-MgO-MnO-Mn2O3-SiO2-Ti2O3-TiO2 a été étendue aux systèmes à oxydes de Mn et de Ti afin de développer une base de données thermodynamique précise pour le système à dix composants. À cette fin, une revue complète de la littérature, une évaluation critique et une optimisation thermodynamique des diagrammes de phase et des propriétés thermodynamiques des systèmes à 1 atm ont été réalisées. Dans le cadre de l'étude thermodynamique, des expériences clés ont été réalisées dans l'air dans les diagrammes de phase des systèmes Fe-Ti-O, Mn-Ti-O, Al-Ti-O, Fe-Mn-Ti-O, Mg-Mn-Ti-O, Mn-Si-Ti-O, et Mn-Al-Ti-O afin d'obtenir des équilibres de phase inconnus entre la phase liquide et les solutions solides complexes pour résoudre les incohérences existant entre les données expérimentales présentes dans la littérature.Les expériences de diagramme de phase ont été réalisées en utilisant la technique classique d'équilibre et de trempe. L'analyse de phase a été réalisée à l'aide de la microanalyse à sonde électronique (EPMA, en anglais) et de la diffraction des rayons X (XRD, en anglais) sur tous les échantillons trempés. Dans le système Al-Ti-O, la solubilité d'Al2O3 dans la solution solide de rutile (TiO2) a été mesurée à haute température. Dans le système Fe-Ti-O, le liquidus, la solubilité de Fe2O3 dans la solution de rutile (TiO2) et les plages d'homogénéité des solutions d'ilménite Fe2O3-FeTiO3 et de pseudobrookite Fe2TiO5-Ti3O5 ont été déterminées à haute température. Dans le système Mn-Ti-O, le liquidus, la solubilité de MnO dans le rutile et la plage d'homogénéité du spinelle Mn3O4-Mn2TiO4 ont été mesurés. Dans les systèmes Mg-Mn-Ti-O et Fe-Mn-Ti-O, les équilibres de phases complexes entre solutions liquides et solides ont été élucidés expérimentalement pour la première fois.Pour l'optimisation thermodynamique, la phase liquide a été décrite à l'aide du Modèle quasichimique modifié en considérant un ordre à courte portée dans l'oxyde fondu et les énergies de Gibbs des solutions solides complexes de pseudobrookite, ilménite et spinelle ont été décrites à l'aide du Formalisme énergétique des composés en tenant compte de la structure cristalline de chaque solution solide. En utilisant les modèles thermodynamiques avec des paramètres de modèle optimisés dans les systèmes binaires et ternaires, les diagrammes de phase et les propriétés thermodynamiques des systèmes d'ordre supérieur du système Al2O3-CaO-FeO-Fe2O3-MgO-MnO-Mn2O3-SiO2-Ti2O3-TiO2 ont été bien calculés.La base de données contenant les paramètres de modèle optimisés dans cette étude est compatible avec les autres bases de données thermodynamiques FactSage et peut être utilisée pour calculer tout diagramme de phase non exploré et ses propriétés thermodynamiques au sein du système à dix composants. La base de données peut être utilisée pour les calculs thermodynamiques complexes applicables à la pyrométallurgie et aux céramiques avancées, ainsi que pour l'optimisation des processus industriels et le développement de nouveaux matériaux
Flexible modeling of continuous time-varying covariates in time-to-event analysis
No full textAs repeated measurements of many prognostics factors become more easily obtainable through electronic data capture, an increasing number of modern clinical and epidemiological studies start to incorporate them into the analyses. In the context of time-to-event outcomes, the repeatedly measured risk/prognostic factors are usually incorporated as time-varying covariates (TVCs) in the Cox proportional hazards (PH) model. However, adequate modeling of continuous TVCs often poses challenges because of the uncertainty about (i) the nature of the dependence of the current hazard on the current and/or past values of TVCs, (ii) the functional form of the effects of continuous TVCs on the log hazard, and (iii) potential time-dependent changes in the strength of the effect. Furthermore, in most applications, it is implicitly assumed that the values of the TVCs of interest are available at any time during the follow-up. In contrast, in practice, the available TVC measurements are usually sparse in time, which brings additional analytical challenges. The overall objective of this thesis is to enhance the modeling of the time-varying covariates in time-to-event analysis by addressing each of the aforementioned challenges. The original contributions of the thesis consist of three manuscripts, each of which proposes new methods, evaluates them in simulations, and illustrates their real-life applications. The first manuscript focuses on a relatively simpler situation, when the current hazard is assumed to be associated with only the current values of the TVCs. The conventional PH model assumes that covariate effects on the hazard are constant-over-time, and that the effects of continuous covariates on the logarithm of the hazard are linear, which may often not be the case in practice. To avoid these restrictive assumptions, we propose a flexible approach for modeling, and testing the significance, of the time-dependent (TD) and non-linear (NL) effects of continuous TVCs in time-to-event analyses. To account for sparsely measured TVCs, we add modeling of the effect of time elapsed since last observation (TEL), which acts as an effect modifier for the TD and NL effects. The second manuscript considers a more difficult case where the temporal association between the current hazard and the TVC measurements may depend also on the past TVC values. In this scenario, a priori choice of a simple exposure metric linking the hazard may lead to wrong conclusions. Sparse measurements of TVC values add more complexity to both the estimation of the TVC effects and the inference about them in this setting. To address these challenges, we extend the weighted cumulative exposure (WCE) framework proposed by Sylvestre & Abrahamowicz (2009) to the modeling of a sparsely measured continuous TVC in time-to-event analyses. When the TVC is sparsely measured, we propose a two-stage strategy to impute the missing TVC values, which yields less biased estimates of the weight function compared to the naive last observation carried forward (LOCF) approach. The third manuscript extends the flexible models developed in the first two manuscripts, incorporating the weighted cumulative effect of the past values of a sparsely measured continuous TVC, as well as its TD and/or NL effect(s), to allow non-parametric modeling of the baseline hazard and estimation of the resulting individual survival curves, conditional on such complex covariate effects. Using both simulated and real-life data, we also illustrated how taking into account the true complex TVC effects modified individual survival curves and enhanced their accuracy. In conclusion, the three thesis manuscripts enrich the existing toolbox for survival analysis by extending flexible modeling of the complex predictor effects to a challenging setting when the predictor of interest is a sparsely measured continuous time-varying covariate.Étant donné que des mesures répétées pour de nombreux facteurs pronostiques deviennent plus faciles à obtenir grâce, un nombre croissant d'études cliniques et épidémiologiques modernes commencent à les incorporer dans les analyses. Dans le contexte de l'analyse de survie, les facteurs de risque/pronostique mesurés de façon répétée sont habituellement incorporés en tant que covariables variant dans le temps (CVT) dans le modèle à risques proportionnels de Cox. Cependant, une modélisation adéquate des CVT continues pose souvent des défis en raison de l'incertitude sur (i) la nature de la dépendance entre le risque instantané actuel et les valeurs actuelles et/ou passées d'une CVT, (ii) la forme de la fonction de l'effet d'une CVT continue sur le log du risque instantané, et (iii) des changements potentiels de la force de l'effet en fonction du temps. De plus, dans la pratique, les mesures disponibles d'une CVT sont généralement peu fréquentes, ce qui pose des défis analytiques supplémentaires. Par conséquent, l'objectif global de cette thèse est d'améliorer la modélisation des covariables variant dans le temps en analyse de survie en abordant chacun des défis mentionnés plus haut. Les contributions originales de la thèse consistent en trois manuscrits, chacun proposant de nouvelles méthodes, les évalue par des simulations et illustre leurs applications sur des données réelles. Le premier manuscrit se concentre sur une situation relativement simple, soit lorsque le risque instantané actuel est supposé être associé uniquement à la valeur actuelle de la CVT. Le modèle à risqué proportionnels conventionnel suppose que les effets des covariables sur le risque instantané sont constants dans le temps, et que les effets des covariables continues sur le logarithme du risque instantané sont linéaires, ce qui peut souvent ne pas être le cas en pratique. Pour éviter ces hypothèses restrictives, nous proposons une approche flexible pour modéliser, et tester la signification, des effets dépendants du temps (DT) et non-linéaires (NL) des CVT continues dans les analyses de survie, et l'évaluons avec des simulations. Pour tenir compte des CVT mesurées peu fréquemment, nous ajoutons une modélisation de l'effet du temps écoulé depuis la dernière observation (TED), qui agit comme un facteur modifiant pour les effets DT et NL. Le second manuscrit considère un cas plus difficile. Dans ce scénario, le choix a priori d'une métrique d'exposition simple reliant le risque instantané peut conduire à des conclusions erronées. Des mesures peu fréquentes de la valeur d'une CVT ajoutent de la complexité à la fois à l'estimation des effets de la CVT et à l'inférence à leur sujet dans ce contexte. Pour relever ces défis, nous étendons le cadre de l'exposition cumulative pondérée (ECP) à la modélisation d'une CVT continue mesurée peu fréquemment en analyse de survie. Lorsque la CVT est mesurée peu fréquemment, nous proposons une stratégie en deux étapes pour imputer les valeurs manquantes de la CVT, qui produit des estimations moins biaisées de la fonction de pondération que l'approche naïve d'imputation reportant la dernière observation. Le troisième manuscrit étend les modèles flexibles développés dans les deux premiers manuscrits, pour permettre la modélisation non-paramétrique du risque de base et l'estimation des courbes individuelles de survie résultantes. En utilisant à la fois les données simulées, nous avons également illustré comment la prise en compte des effets complexes d'une CVT modifie les courbes individuelles de survie et améliore leur précision. En conclusion, les trois manuscrits de la thèse enrichissent la boîte à outils existants pour l'analyse de survie en étendant la modélisation flexible des effets complexes de variables prédictives au contexte difficile d'une covariable d'intérêt continue variant dans le temps mesurée peu fréquemment
Characterisation of neuropeptide GPCRs NPR-4 and NPR-5 from the parasite «Brugia malayi»
No full textParasitic infections of humans and animals are often associated with high morbidity and socioeconomic burden. Highly prevalent in developing countries, they contribute to the vicious cycle of poverty. Current drug treatments have suboptimal efficacy and can cause severe adverse reactions. Therefore, new potential targets are needed to discover novel anthelmintics. FMRFamide-like peptide (FLP) receptors, G-protein coupled receptors (GPCR) activated by the FLP family of neuropeptides, are appealing drug targets, due to their widely conserved and important roles in invertebrates, while being essentially absent from vertebrates. We investigated two FLP receptors, Bma-NPR-4 and Bma-NPR-5, from the filarial parasite Brugia malayi, a cause of human lymphatic filariasis (elephantiasis). The two receptors were heterologously expressed in both Chinese hamster ovary (CHO) cells and the yeast Saccharomyces cerevisiae. Both receptors were activated by neuropeptides encoded on the flp-18 precursor gene from Caenorhabditis elegans. The extent of receptor activation was quantified using an aequorin-based Ca2+ bioluminescence assay in CHO cells and an Alamar Blue-based yeast proliferation assay. Their structure-activity profiles were determined using truncated analogues and an alanine scan series of one of the FLP-18 neuropeptides (DVPGVLRF-amide). We demonstrated the important role of the VLRF-amide motif for receptor agonism. Bma¬-NPR-4 and Bma-NPR-5 exhibited activity profiles comparable to each other and to their C. elegans orthologues, suggesting an evolutionary conservation of FLP receptors across the phylum Nematoda and validating C. elegans as a model nematode for research. The insights gained can contribute to future efforts to discover non-peptide ligands as anthelmintics.Les infections parasitaires chez les humains et les animaux entraînent fréquemment une morbidité élevée et un lourd fardeau socioéconomique. Particulièrement courantes dans les pays en voie de développement, elles contribuent au cercle vicieux de la pauvreté. L'efficacité des traitements existants est sous-optimale, et les médicaments peuvent provoquer de graves effets secondaires. Par conséquent, il est nécessaire d'identifier de nouvelles cibles potentielles pour la découverte d'anthelmintiques. Les FMRFamide-like peptides (FLPs) sont une famille de neuropeptides, très conservés chez les animaux vertébrés, et au rôle essentiel. En revanche, ils sont pratiquement absents chez les invertébrés. Ceci rend les récepteurs des FLPs, qui sont des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), des cibles médicamenteuses attrayantes. Nous avons étudié deux récepteurs de FLP, Bma-NPR-4 et Bma-NPR-5, présents dans le Brugia malayi, un des nématodes filariens qui causent les filarioses lymphatiques (l'éléphantiasis). Nous avons exprimé chaque récepteur dans deux systèmes hétérologues, les cellules d'ovaire d'hamsters chinois (cellules CHO) et la levure Saccharomyces cerevisiae. Les deux récepteurs sont activés par les neuropeptides codés sur flp-18, le gène du précurseur du nématode libre Caenorhabditis elegans. Dans les cellules CHO, nous avons mesuré l'intensité d'activation du récepteur, quantifiée par un dosage de l'aequorine, une protéine luminescente qui détecte les augmentations de Ca2+ intracellulaire. Dans l'épreuve fonctionnelle à la levure, l'intensité d'activation du récepteur était proportionnelle à la prolifération de la levure, mesurée au moyen d'indicateur Alamar Blue. La détermination des relations structure-activité était effectuée à l'aide des analogues peptidiques de FLP-18f (DVPGVLRF-amide), parmi lesquels les peptides ont été fragmentés ou les acides aminés ont été séquentiellement remplacés par l'alanine. Nos résultats indiquent que le motif peptidique VLRF-amide joue un rôle important en termes d'activation des récepteurs. Bma-NPR-4 et Bma-NPR-5 présentent des relations structure-activité similaires, comparables à leurs orthologues de C. elegans. Ceci suggère que les récepteurs de FLPs sont conservés dans l'embranchement de nématodes lors de leur évolution, et valide le nématode C. elegans comme système-modèle de recherche. Les informations acquises de cette étude peuvent contribuer aux efforts en cours pour découvrir des ligands non peptidiques susceptibles de devenir des anthelmintiques
Probing the dynamics of single particles under nanoconfinement with single-particle tracking and intensity correlation analysis
No full textSingle-molecule fluorescence microscopy is crucial for molecular biology studies, and traditional single-molecule microscopy techniques such as total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM) and confocal microscopy have greatly advanced our knowledge of biomolecular interactions. However, these traditional techniques suffer from limitations in field of view, insufficient per-molecule observation times, the requirement for dilute solutions, or the need for molecule tethering. All these problems can be solved with Convex Lens-induced Confinement (CLiC) microscopy. CLiC microscopy is able to isolate and trap single molecules in fabricated nanotopographies such as nanogrooves and nanowells. This provides a useful platform for visualizing biomolecular reactions: the biomolecules can be confined within the features, allowing for a much longer observation time without particles escaping from the field of view. It is important to develop analysis tools for dynamics and reactions under nanoconfinement to extract kinetic binding rates and diffusion coefficients.Here, we develop a single-particle tracking (SPT) and correlation analysis toolkit for probing the lateral dynamics of single molecules confined in nanowells. Specifically, we establish the localization error of SPT and the statistical accuracy of SPT under confinement. We derive the correlation analysis toolkit suitable for the geometry induced by CLiC and a nanowell array, and calculate the bias in the correlation results. We characterize and compare the two analysis approaches with simulations as well as CLiC microscopy data of nanoparticles and small DNA oligonucleotides.La microscopie de fluorescence de molécules uniques est cruciale pour les études de biologie moléculaires. Les techniques traditionnelles comme la microscopie de fluorescence par reflexion interne totale (TIRF en anglais) et la microscopie confocale ont permis de grandes avancées dans la connaissance des interactions entre biomolecules. Cependant, ces techniques traditionnelles se heurtent à des limitations comme la grandeur du champ de vision, un temps d'observation pas assez long, l'obligation d'avoir des solutions diluées ou le besoin de recourir à des attaches pour les molecules observées. Tous ces problèmes peuvent être résolus avec la microscopie par fluorescence induite par confinement de lentille convexe (CLiC en anglais). La microscopie par confinement permet de piéger des molécules uniques dans des nano-topologies telles que des nano-puits ou des nano-rainures. Cela créé une plateforme pour la visualisation de réactions biomoléculaires: les biomolécules sont confinées dans des structures permettant un temps d'observation beaucoup plus long sans que les particules sortent du champ de vision. Il est important de développer des outils pour les réactions confinées pour extraire ls dynamique des réactions, la cinétique des ligations et les coefficients de diffusion. Dans ce travail, nous avons développé plusieurs techniques de suivi de particule unique (SPT en anglais) et d'analyse de correlation pour sonder la dynamique latérale de molécules uniques confinées dans des nano-puits. Plus spécifiquement nous avons établi l'erreur de localisation de SPT et la précision statistique de SPT en confinement. Nous avons dérivé des outils d'analyse de correlation correspondant à la géométrie induite par la technique de CLiC et la grille de nano puits pour calculer le biais dans les résultats de corrélation. Nous avons caractérisé et comparé les analyses dans les deux approches avec des simulations ainsi qu'avec des données de microscopie CLiC et de petits oligonucléotides d'ADN