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Statistical modelling of blood flow and transport in brain micro-vascular networks
Get PDFMicro-vascular networks play a key role in the blood supply to brain cells: they ensure an accurate delivery of oxygen and nutrients and the removal of toxic metabolic wastes. The joint alterations of these networks and of the cerebral micro-circulation have been recently highlighted as a critical mechanism in cognitive decline in (micro-)strokes or neuro-degenerative diseases like Alzheimer's. However, little is known about how the structure of brain micro-vascular networks influences the blood flow organization and its transport properties. In a first part, we demonstrate that the micro-vascular structure drives the blood flow organization similarly to dipole flows on random networks. This organization implies anomalous transport properties characterized by a broad distribution of Lagrangian particle travel times in the micro-vasculature. These transport properties are successfully captured by our Continuous Time Random Walk model which predicts notably the non-linear increase of the size of areas with abnormal concentrations of oxygen or metabolic wastes with global blood flow reduction. In a second part, we highlight the presence of local flow anti-correlations in homogeneous random networks. We demonstrate, thanks to the qmodel framework, that these anti-correlations result from the limitations of such networks to dissipate the pressure along their edges. In a final part, we highlight that the spatialized community structure of micro-vascular networks weakens their resilience to vessel occlusions compared to unstructured random networks. We quantify the role of these communities thanks to the design of a model inspired by percolation theory which allows to account for micro-vascular flow and structure heterogeneities. Furthermore, we show the existence of large flow perturbations induced by vessel occlusions. This work provides new theoretical tools to understand the onset and/or the progression of neuro-degenerative disease
Détection des défauts et inpainting vidéo pour la restauration de films
Get PDFLe cinéma a été inventé il y a maintenant plus d’un siècle. De nombreux films ont été tournés, suivant les évolutions technologiques de chaque époque, depuis le cinématographe des frères Lumière jusqu’à la 3D. Le support de ces films a lui aussi évolué avec le temps, passant des sels argentiques sur pellicule au disque dur pour le numérique. Avec le temps, les supports des films argentiques ayant subi des dégradations chimiques, il devient essentiel de les restaurer afin de pouvoir profiter de leur contenu dans de bonnes conditions. Il s’agit là d’un enjeu majeur de conservation du patrimoine, mais qui soulève des questions éthiques, quant à savoir jusqu’où doit aller la restauration d’un film. Dans ce contexte, et en collaboration avec la Cinémathèque de Toulouse, nous avons développé un processus de restauration automatique de films anciens qui comporte deux étapes. La première étape consiste à détecter les défauts présents dans une image. La seconde consiste à remplir les zones ainsi détectées en procédant par inpainting vidéo. La prise en compte de l’information temporelle contenue dans les images adjacentes à l’image dégradée constitue un aspect essentiel de ces deux étapes. La détection des défauts de type taches, poussières ou autres, est opérée par apprentissage automatique sur réseaux de neurones profonds. En particulier, un réseau U-Net recevant trois images successives en entrée peut repérer les incohérences temporelles caractéristiques des défauts. La sortie de ce réseau est comparée à un masque de défauts créé à partir de la version restaurée de l’image centrale obtenue avec un logiciel spécialisé manipulé par un expert de la Cinémathèque de Toulouse. Enfin, le remplissage des zones endommagées est mené en alternant la reconstruction de la structure et la reconstruction de la texture de l’image à restaurer, qui toutes deux effectuent la recherche d’un optimum par des méthodes variationnelles
Importance du comportement dans l'établissement d'une stratégie de déconfinement face à la Covid-19 : mise en place d'une solution moyen-terme par une modélisation multidimensionnelle bioéconomique
Get PDFMi-2020, éradiquer la COVID-19 ne semble plus être une option, du moins sur le court-terme. Le défi pour les politiciens consiste alors à apporter une réponse appropriée dans le contrôle de l’épidémie et des pertes humaines associées, sans épuiser les services de santé, et en atténuant l’impact sur l’économie et sur le bien-être des individus. Pour retranscrire au mieux la complexité de l’équation entre les dimensions économiques, sociétales et de santé publique, nous avons développé un modèle d’optimisation bioéconomique multicritères. Nous avons construit un modèle d’évolution en temps discret structuré par classe d’âge en considérant trois types de populations principaux (les jeunes, les adultes et les personnes âgées) ainsi que 8 caractéristiques socio-professionnelles pour la population adulte. Quinze stratégies de déconfinement ont été simulées sur différentes situations adaptées au contexte de mi-2020 : déconfinement partiel brutal ou progressif (étalé sur 4 ou 8 semaines) suivi par un déconfinement total et définitif. Trois valeurs de taux de transmission (Tr) ont été considérées pour représenter le niveau de respect des gestes barrières. L’optimisation pour trouver la meilleure combinaison de scénarios et d’options réalisés sous la contrainte d’un coût total minimal suite à la perte de production due à la diminution d’activité et aux hospitalisations sur les court et moyen termes avec 3 critères retenus : la mortalité, le nombre de jours de confinement et la saturation des hôpitaux. Les résultats montrent clairement peu de différences entre les scénarios basés sur l’impact économique ou sur les 3 critères précédemment. Le modèle reste par contre très dépendant de la valeur de Tr. Les résultats de la modélisation montrent que la décision politique devrait davantage se concentrer sur les comportements individuels (représentés par la valeur Tr) plutôt que d’essayer d’optimiser la stratégie de confinement (définir qui est confiné et qui ne l’est pas). Pour une valeur Tr donnée, le choix des scénarios permet une certaine maitrise du niveau de saturation des hôpitaux (intensité et durée), élément clé du système de santé public. Enfin, la modélisation souligne l’importance des politiques individuelles dans la gestion des problématiques engendrées par la COVID-19 via une meilleure compréhension des motivations comportementales individuelles et une recherche de moyens pour améliorer le respect des règles de biosécurité
Les déserts médicaux vétérinaires : caractérisation qualitative et quantitative dans un objectif de maintien du maillage sanitaire vétérinaire français
Get PDFLa diminution de l‟offre de soins vétérinaires au sein de certains territoires français peut entraîner des conséquences affectant la santé animale, principalement celles des animaux de rente, et la santé publique. Afin de lutter contre l‟érosion de l‟offre vétérinaire sur les territoires ruraux, un panel de politiques publiques a été implémenté ou est en cours de validation. La mise en place et l‟évaluation des politiques publiques doit être accompagnée d‟outils permettant de quantifier l‟offre de soins vétérinaires. L‟objectif de cette étude est de présenter différents indicateurs spatiaux utilisés en médecine humaine et vétérinaire, en montrer les forces et faiblesses afin de choisir la méthode pertinente à adapter en médecine vétérinaire dans un objectif de quantifier l‟accessibilité de l‟offre de soins vétérinaires en France. L‟APL apparait dans cette étude comme l‟indicateur le plus intéressant à exploiter à destination des vétérinaires
Application of MBSE to model Hierarchical AI Planning problems in HDDL
Get PDFThe recent improvements of hierarchical AI planning open the path to new and exciting application in different areas of expertise. One domain with daring and complex planning and scheduling problems is the definition of operations for space exploration systems. For this specific application, the Hierarchical Definition Domain Language (HDDL) may be the most suitable AI planning language to be adopted. However , the design and writing of problems and domain files for HDDL is a complex task. They require a skilful designer to write and check the consistency of the syntax. Moreover, sharing and modifying HDDL files can be a complicated task, and it may lack traceability of the modifications, making the overall process prone to errors. On the other hand, planning languages like HDDL and PDDL are hardly ever studied in the university curricula by most space systems engineers, the architects of the concepts of operations of space systems. The work proposed in this paper contributes to filling the gap between space operations engineers and the AI planning potentialities to solve planning and scheduling problems applied to space exploration systems. The problem and domain files typical of HDDL are built up from the formalism of SysML, a general-purpose architecture modelling language for System Engineering. SysML is effectively used as modelling language in Model-Based System Engineering (MBSE) to study and design the mission architecture of a space mission. The methodology presented is applied to an analogue space robotic mission, where a collaborative drone and a rover need to explore an unknown environment. The final aim of the method is to transfer the "human knowledge" in the planning problem and showing the capabilities of MBSE applied to Knowledge Engineering (KE) of AI planning problems
Integrated membrane bioreactors modelling: A review on new comprehensive modelling framework
Get PDFIntegrated Membrane Bioreactor (MBR) models, combination of biological and physical models, have been representing powerful tools for the accomplishment of high environmental sustainability. This paper, produced by the International Water Association (IWA) Task Group on Membrane Modelling and Control, reviews the state-of-the-art, identifying gaps for future researches, and proposes a new integrated MBR modelling framework. In particular, the framework aims to guide researchers and managers in pursuing good performances of MBRs in terms of effluent quality, operating costs (such as membrane fouling, energy consumption due to aeration) and mitigation of greenhouse gas emissions
Corrélation microstructure - comportement en corrosion de l'acier inoxydable 17-4 PH élaboré par fusion laser sur lit de poudre.
Get PDFLes récents développements des techniques d’élaboration 3D permettent aujourd’hui d’imprimer de nombreux alliages métalliques par fabrication additive. L’une des technologies les plus utilisées industriellement est la fusion laser sur lit de poudre (Laser Beam Melting – LBM). Ce procédé de fabrication additive permet une optimisation de la géométrie de conception, la production de pièces uniques adaptées à la demande et des délais de fabrication courts. Cependant, la spécificité du procédé LBM mène à des microstructures et des propriétés singulières, notamment pour ce qui concerne le comportement en corrosion. Cette thèse s’inscrit dans l’axe de recherche du CETIM consacré à la durabilité d’alliages métalliques issus de la fabrication additive. Elle vise à mieux appréhender le couplage procédé / microstructure / propriétés en corrosion de pièces LBM afin de pouvoir prédire leur durabilité. Tout d’abord, la microstructure des aciers inoxydables 17 4PH issus de deux procédés - LBM et métallurgie conventionnelle – a été caractérisée à différentes échelles pour un même état de traitement thermique de référence dit H900. Ceci a permis de comprendre l’impact du procédé LBM sur la microstructure de l’acier. La sensibilité à la corrosion par piqûres stables et métastables de ces deux aciers a ensuite été étudiée et corrélée aux microstructures analysées précédemment, en identifiant des paramètres microstructuraux critiques vis-à-vis de la corrosion. Pour mieux appréhender les mécanismes de corrosion par piqûres, les films de passivité formés sur ces aciers ont été analysés de manière à déterminer leur composition chimique, leur structure et leurs propriétés électrochimiques. Enfin, de nouvelles microstructures ont été générées par traitements thermiques afin de dissocier les effets de chaque paramètre microstructura
Does a combined screw and dowel construct improve tibial fixation during anterior cruciate ligament reconstruction?
Get PDFPurpose: The aims of the present study were to compare the biomechanical properties of tibial fixation in hamstring-graft ACL reconstruction using interference screw and a novel combination interference screw and dowel construct. Material and methods: We compared the fixation of 30 (2- and 4-stranded gracilis and semitendinosis tendons) in 15 fresh-frozen porcine tibiae with a biocomposite resorbable interference screw (Group 1) and a screw and dowel construct (Group 2). Each graft was subjected to load-to-failure testing (50 mm/min) to determine maximum load, displacement at failure and pullout strength.
Results: There were no significant differences between the biomechanical properties of the constructs. Multivariate analysis demonstrated that combination constructs (β = 140.20, p = 0.043), screw diameter (β = 185, p = 0.006) and 4-strand grafts (β = 51, p = 0.050) were associated with a significant increase in load at failure. Larger screw diameter was associated with increased construct stiffness (β = 20.15, p = 0.020).
Conclusion: The screw and dowel construct led to significantly increased fixation properties compared to interference screws alone in a porcine model. Increased screw diameter and utilization of 4-strand ACL grafts also led to improvement in load-to-failure of the construct. However, this is an in vitro study and additional investigations are needed to determine whether the results are reproducible in vivo.
Level of evidence: Level V; Biomechanical study
Impact des intéractions microorganismes - matrice cimentaire sur la détérioration des bétons dans la filière de méthanisation
Get PDFLa méthanisation est un procédé permettant la transformation, par des microorganismes, de la matière organique fermentescible en deux produits d’intérêt, le biogaz et le digestat. Le biogaz est majoritairement constitué de CH4 et de CO2 et est valorisé pour produire de l’énergie. Le digestat peut être utilisé en tant que fertilisant à des fins agronomiques. La méthanisation, en utilisant des déchets comme substrats, pour produire de l’énergie renouvelable, s’inscrit dans des dynamiques d’économie circulaire et de transition énergétique. Il s’agit par conséquent d’un secteur en pleine croissance. La plupart des digesteurs dans lesquels ce procédé est réalisé sont construits, à l’échelle industrielle, en béton. Les produits du métabolisme des microorganismes impliqués dans le procédé de méthanisation, particulièrement le CO2, les acides gras volatils et les ions NH4+,induisent un phénomène de biodétérioration des matériaux cimentaires. Plus précisément, la formation d’un biofilm microbien sur la surface du béton est susceptible d’amplifier ce phénomène sans pour autant connaître les mécanismes impliqués. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ANR BIBENDoM. Elle a pour objectifs : (i) d’apporter une meilleure compréhension du rôle aggravant du biofilm dans le phénomène de biodétérioration des matériaux cimentaires, (ii)d’évaluer l’effet individuel de biofilms mono-espèces produisant un seul type de métabolites agressifs et (iii) de proposer des solutions techniques pour limiter l’action dégradante du biofilmsur les matériaux cimentaires, en exploitant les connaissances nouvelles. Une méthode de décrochage permettant d’échantillonner séquentiellement deux couches distinctes du biofilm a été mise au point. De même, une technique permettant de mesurer le pH au sein du biofilm par fluorescence en microscopie confocale a été développée. Le premier axe de recherche s’est focalisé sur l’étude de biofilms formés sur des pâtes cimentaires (CEM I, CEM III, CAC et métakaolin alcali-activé) immergées dans un milieu reproduisant les conditions de méthanisation.La diversité des populations microbiennes au sein du biofilm a été mise en relation avec les concentrations en agents agressifs du milieu réactionnel et le degré de biodétérioration des matériaux cimentaires. Le deuxième axe visait à utiliser des biofilms mono-espèces modèles, comme celui de Propionibacterium acidipropionici, ne produisant qu’un agent agressif pour évaluer son impact spécifique sur la biodétérioration de matériaux cimentaires en dissociant l’effet attribuable aux métabolites agressifs biogénérés de celui propre au développement et à l’activité du biofilm. Les analyses de diversité microbienne ont mis en évidence une présence accrue de bactéries acidogènes, plus particulièrement du genre Clostridium, dans le biofilm (en particulier celui fortement attaché) ainsi qu’une prédominance de bactéries acétogènes et méthanogènes dans le milieu réactionnel. Le matériau à base de métakaolin alcali-activé a favorisé le développement des bactéries du genre Clostridium impliquées dans l’hydrolyse et l’acidogénèse au détriment des bactéries fermentant les acides aminés. Le mécanisme de biodétérioration des pâtes cimentaires à base de ciment CEM I résulte d’une lixiviation du calcium issu de la dissolution des phases cimentaires, qui est gouvernée par un phénomène diffusif. Les essais de biodétérioration menés sur l’espèce modèle P. acidipropionici produisant de l’acide propionique laissent présager un effet aggravant attribuable à la formation d’un biofilm acidogène sur la biodétérioration des pâtes cimentaires sur lesquelles il s’est développé
Analyse économétrique du temps consacré aux actes vétérinaires
Get PDFL'augmentation de la taille des cabinets vétérinaires a permis de réaliser des économies d'échelle, améliorant ainsi la profitabilité de l’activité. Le temps nécessaire à la réalisation de chaque acte est aussi un facteur clé de profitabilité pour ces entreprises disposant de ressources humaines importantes. Or ce temps est encore mal décrit à l'heure actuelle. Dans ce travail, nous déterminons le temps nécessaire à la réalisation de chaque acte vétérinaire dans les structures mixtes. Nous avons construit un ensemble de données de 714 413 observations, récoltées sur 3 ans (2015-2017) pour 4 cabinets vétérinaires mixtes français. Elles sont extraites des logiciels de comptabilité utilisés par les vétérinaires. Ces observations fournissent le nombre de jours travaillés (variable de résultat) par vétérinaire et par mois. Elles contiennent également le nombre d'actes que chacun des vétérinaires a réalisé au cours de différents mois (consultation, chirurgie, suivi de troupeau). Un modèle de régression multivarié a ensuite été mis en œuvre. Les résultats montrent que le temps nécessaire pour réaliser une consultation des animaux de production, le suivi d’un troupeau, une chirurgie et une consultation pour les animaux de compagnie était en moyenne de 46 (95% IC=39-55), 177 (95% IC=159-190), 97 (95% IC=77-116) et 29 (95% IC=19-36) minutes, respectivement. Ces données ont été obtenues sur la base d'une durée moyenne de 9h de travail par jour. Cette étude est la première dont l'objectif est d'estimer le temps de travail de différents actes vétérinaires en pratique mixte. Elle servira à des travaux d’optimisation économique appliquée à la gestion stratégique des établissements de santé vétérinaire