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Patient radiation dosimetry in MSCT examinations / Δοσιμετρία ασθενών σε εξετάσεις υπολογιστικής τομογραφίας πολλαπλών τομώνΘαλασσινού, Στέλλα 05 September 2011 (has links)
MultiDetector-row Computed Tomography (MDCT) or MultiSlice Computed Tomography (MSCT) has undergone remarkable progress since its first introduction at the end of the 1990s. Given that CT examinations are generally recognized as a relatively high-dose procedure, concern has been expressed at the associated increase in doses. The International Committee on Radiation Protection (ICRP) noted in their report No.87 that absorbed doses in tissues from CT are among the highest observed in diagnostic radiology (i.e. 10–100 mGy).
Therefore, the purpose of this thesis is to calculate the dosimetric quantities for brain, chest, and abdomen-pelvis examinations that were carried out using Philips Brilliance 16 and Brilliance 64 CT Scanners of the University General Hospital “Attikon”, as well as to perform their intercomparison.
For brain examinations, axial technique was utilized. However, for chest and abdomen-pelvis examinations, spiral technique was applied. The effect of overranging (or overscanning) is connected with spiral mode and its contribution to patient dose is really important in case of MSCT scanners. Therefore, the contribution of the overrange effect for body examinations carried out was calculated.
In the framework of this thesis, the contribution of overrange to the effective dose received by patients submitted to the forementioned examinations is calculated.
Additionally, dose measurements were carried out in order to estimate the radiation burden to the eye lenses and the thyroid during the typical brain examination, both when eye lenses are inside and outside the irradiation field. / Οι Υπολογιστικοί Τομογράφοι (ΥΤ) πολλαπλών τομών έχουν σημειώσει μεγάλη πρόοδο από την κλινική εφαρμογή τους στις αρχές του 1990. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν ότι οι εξετάσεις ΥΤ συνεπάγονται υψηλή ακτινική επιβάρυνση του ασθενή, η μελέτη τους έχει συγκεντρώσει το ερευνητικό ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας. Η Διεθνής Επιτροπή Ακτινοπροστασίας (ICRP) επισημαίνει στην αναφορά Νο 87 ότι η απορροφούμενη δόση στους ιστούς από εξετάσεις ΥΤ είναι από τις υψηλότερες στη διαγνωστική ακτινολογία (10-100 mGy).
Συνεπώς, σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο υπολογισμός των δοσιμετρικών μεγεθών για τις συνήθεις εξετάσεις εγκεφάλου, θώρακος και άνω-κάτω κοιλίας, οι οποίες πραγματοποιούνται με τους ΥΤ πολλαπλών τομών Brilliance 16 και Βrilliance 64 της Philips στο Π.Γ.Ν “ΑΤΤΙΚΟΝ ”,καθώς επίσης και η σύγκριση των αντίστοιχων δόσεων μεταξύ των συγκεκριμένων ΥΤ.
Οι ασθενείς που υποβάλλονται σε εξετάσεις θώρακος και άνω-κάτω κοιλίας που πραγματοποιούνται με ελικοειδή τεχνική λαμβάνουν επιπλέον δόση (overscan) που οφείλεται στην τεχνική αυτή. Η συνεισφορά του “overscan” είναι ιδιαίτερα σημαντική στους ΥΤ πολλαπλών τομών, οπότε επιπλέον στόχος αυτής της διπλωματικής είναι ο υπολογισμός της.
Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της δόσης του θυρεοειδή και των φακών των οφθαλμών κατά την υποβολή ασθενών στη συνήθη εξέταση εγκεφάλου, τόσο στην περίπτωση παρουσίας των οφθαλμών εντός όσο και εκτός πεδίου ακτινοβόλησης.
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Pour une meilleure compréhension du rôle des positions d'accouchement en mécanique obstétricale : analyse biomécanique des postures segmentaires / Advancing the understanding of obstetrical mechanics in childbirth : a biomechanics analysis of segmental posturesDesseauve, David 12 January 2018 (has links)
Lorsque l'on s'intéresse aux positions d'accouchement, les avis sont très partagés. D'après la littérature, les positions dites verticales parmi lesquelles figure la position accroupie semblent aboutir à des issues materno-fœtales plus favorables que les positions horizontales qui comprennent la position gynécologique. Seulement, l'origine de ces bénéfices notamment du point de vue de la mécanique obstétricale reste incertaine. Il apparait que ce manque de clarté provient avant tout d'un manque de définition des postures segmentaires retrouvées lors de ces positions d'accouchement. L'objectif premier de ce travail était donc de définir les postures segmentaires au cours de différentes positions d'accouchement et de préciser en particulier le rôle de la posture des cuisses sur des éléments jugés importants en mécanique obstétricale à savoir l'orientation du plan du détroit supérieur et la courbure lombaire. En premier lieu, une enquête épidémiologique régionale a été effectuée afin d'attester les positions d'accouchement les plus fréquemment adoptées et d'identifier les facteurs associés à leur adoption. Par une méthode dérivée entre autres des méthodes d'analyse du mouvement par système optoélectronique, l'influence de la posture des cuisses (flexion et abduction) sur la posture du plan du détroit supérieur et du rachis lombaire a été analysée tout d'abord en position gynécologique puis en position accroupie. Enfin, l'importance de la posture initiale des cuisses sur les mouvements segmentaires a été évaluée au cours d'une manœuvre obstétricale (Mac Roberts), manœuvre couramment utilisée en cas de dystocie des épaules.Ce travail a permis de mettre en évidence l'importance de la caractérisation des postures segmentaires pour la compréhension des bénéfices d'une position d'accouchement sur une autre. / When looking at birthing positions, opinions are strongly divided. According to the literature, the so-called vertical positions, which include the squatting position, seem to lead to more favorable maternal-fetal outcomes than the horizontal positions which include the gynecological position. In fact, the origin of these benefits, particularly from the point of view of obstetric mechanics, remains uncertain. It appears that this lack of clarity comes primarily from a lack of definition of segmental postures found in these delivery positions.The primary objective of this work was therefore to define the segmental postures during different birthing positions and to specify in particular the role of the thigh posture on elements considered as important in obstetric mechanics namely, the orientation of the pelvic inlet and the lumbar curvature.Firstly, a regional epidemiological survey was carried out to document the most frequently adopted childbirth positions and to identify the factors associated with their adoption.Using a method derived inter alia from movement analysis methods based on optoelectronic system, the influence of thigh posture (flexion and abduction) on the posture of the pelvic inlet and the lumbar spine was analyzed firstly during gynecological position and then during squatting position. Finally, the importance of initial thigh posture on segmental movements was evaluated during an obstetric maneuver (Mac Roberts), a maneuver commonly used in cases of shoulder dystocia.This work has highlighted the importance of the characterization of segmental postures for understanding the benefits of one delivery position on another.
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The effects of low frequency z-axis whole-body vibration on performance of a complex manual control taskMcLeod, Ronald Walter January 1986 (has links)
This thesis investigates continous manual control performance during exposure to z-axis whole-body vibration at frequencies between 0.5 and 10.0 Hz. The task involved first-order pursuit tracking with a simultaneous discrete target acquisition task. A major aim of the work was to determine the mechanisms underlying any vibration-induced impairment which occurred. The iterature is first reviewed (Chapter 2) and a model is presented summarising the mechanisms by which vibration has been suggested to disrupt performance (Chapter 3). Six experiments are then reported. Experiment 1 (Chapter 5) measured vibration-induced activity at the head, hand and the output of the system dynamics. The results are discussed with reference to the mechanisms which could disrupt performance. Experiment 2 (Chapter 6) investigated performance during exposure to vibration at frequencies from 0.5 to 5.0 Hz. The magnitude of performance disruption was approximately constant at vibration frequencies below 2 Hz, and increased with the frequency of vibration to 5.0 Hz. Experiments 3 (Chapter 7) and 4 (Chapter 8) showed that the disruption at frequencies above 2.0 Hz could be attributed to visual impairment arising from relative translational movement between subjects' eyes and the display: collimating the display removed the impairment. Linear spectral analysis techniques were used to separate root-mean-square (rms) tracking error into components linearly and not linearly correlated with movements of the target. Changes in total rms error were mainly accompanied by changes in the linear components: closed-loop system transfer functions showed increased phase lags between movements of the target and the response of the controlled element. In experiment 5 (Chapter 9), three simple tasks were used to isolate non-visual mechanisms of disruption. The results suggested that whole-body vibration at 0.5 and 4.0 Hz could interfere with neuro-muscular processes. The results of experiment 5, and the increased phase lag observed in experiment 4, indicate changes in the way the task was performed during vibration: these are described as secondary vibration effects. Experiment 6 investigated whether the effect of vibration on the system studied would be time-dependent. One-octave-band random vibration centred on 4 Hz was presented at a magnitude considerably above the ISO 2631 (1985) `fatigue-decreased-proficiency' limit for 180 minute vibration exposures. Performance declined with time, but vibration did not alter the time-dependence. The effect of duration was reduced when the task was performed over the entire duration on a second occasion. It is concluded that impairments in continuous tracking performance during whole-body vibration exposure were mainly caused by interference with visual and neuro-muscular processes. The results also show secondary effects which may represent adaptive change in performance during vibration. The behavioural model developed in Chapter 3 is used to summarise the mechanisms which were shown to be important, and to indicate other effects which could occur. Some suggstions for further research are offered.
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Transmission of vibration through the human body to the headPaddan, Gurmail Singh January 1991 (has links)
No description available.
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Determination of inherited or acquired factors involved in decompression sickness : creation of a DCS resistant rat strain / Détermination des facteurs individuels innés ou acquis impliqués dans l’accident de décompression : création d’une souche de rats résistante à l’ADDLautridou, Jacky 15 December 2017 (has links)
L’Accident de Décompression présente un risque majeur pour les plongeurs. Il est admis que la formation de bulles circulantes est à l’origine de l’ADD. Cependant, une forte variabilité inter individuelle existe entre plongeurs, avec une faible corrélation entre bulles et symptômes de l’ADD. Plusieurs mécanismes physiologiques ont été liés à l’ADD, mais aucun d’entre eux ne semble déterminant dans la mise en place de la pathologie. Dans ce contexte, des techniques issues de la médecine de précision pourraient apporter de nouveaux éléments de compréhension.Durant cette thèse, nous avons effectué des études protéomiques afin d’étudier les possibles changements du protéome plasmatique de rats et de plongeurs suite à une plongée avec ou sans ADD, dans le but de trouver de potentiels biomarqueurs de développement précoce de l’ADD. Nous avons de plus mis en évidence une potentielle implication de processus inflammatoires dans la mise en place des symptômes de l’ADD. Un protocole de sélection a ensuite été utilisé dans le but de créer une nouvelle souche de rats résistante à l’ADD. Une résistance à l’ADD est apparue en l’espace d’une génération chez les femelles, deux chez les mâles. Une caractérisation physiologique de la souche résistante a montré une potentielle implication d’une région spécifique du chromosome X, ainsi que des modifications du fonctionnement du muscle lisse vasculaire, de la résistance aux espèces réactives de l’oxygène, de la consommation d’oxygène mitochondriale, et du système immunitaire. Les suites de cette caractérisation se focaliseront sur des études transcriptomiques et génétiques, en particulier sur la région d’intérêt du chromosome X. / Decompression Sickness is one of the most serious hazards for divers. It is usually admitted that DCS origins from circulating bubbles. However, a strong inter-individual variability exists between divers, resulting in a poor correlation between bubble grade and DCS symptoms. Several physiological mechanisms have been linked with DCS, but none of them appeared to be determinant in the onset of the pathology. In this context, medicine precision techniques may offer new insights, with a broader approach.During this thesis, we used proteomics to investigate changes of the plasma proteome of rats and divers during diving, with and without DCS, and aimed at finding biomarkers of early DCS development. We found that acute inflammation may play a role in the onset on DCS, and that proteomics may be fitted to look for new biomarkers. We also used a selection protocol to create a new DCS resistant rat strain, which was significantly more resistant than classic Wistar rats. Moreover, DCS resistance was gained in a matter of only 2 reproductions cycles (only 1 for females), which gives evidence of heritable components of DCS resistance/susceptibility that might be carried out by the X chromosome. A characterization of this DCS resistant strain showed a number of physiological adaptations gained during the selection process. Indeed, DCS resistant rats showed a decreased mitochondrial oxygen global consumption, a decrease of vascular smooth muscle contraction and relaxation as well as a raise of neutrophils count among males.Further characterization of the DCS resistant strain will focus on transcriptomic and genetic studies, especially on the genomic region of interest located on the X chromosome.
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Identification des paramètres inertiels segmentaires humains / Identification of human body segment inertial parametersCouvertier, Marien 18 December 2018 (has links)
L'objectif de ce travail est d'identifier les paramètres inertiels segmentaires humains, c’est-à-dire la masse, la position du centre de masse et la matrice d’inertie de ces segments. Ces paramètres, au nombre de dix par segment, constituent une donnée d'entrée indispensable aux calculs de dynamique inverse utilisés dans les études de biomécanique. Bien qu'il existe des méthodes pour avoir accès à ces paramètres par le biais de tables anthropométriques ou le calcul des volumes segmentaires, l'identification apparaît nécessaire dès lors que les sujets étudiés sont atypiques (handicapés physiques, femmes enceintes, sportifs présentant des hypertrophies musculaires). L'originalité de ce travail est de proposer une approche mixte dans l'écriture du problème d'identification combinant une formulation vectorielle et matricielle des équations du mouvement d’un système poly-articulé supposé rigide, qui ont déjà été établies au sein de l'équipe dans les travaux de thèse de Tony Monnet. La première permet d’identifier les masses et les centres de masse segmentaires. La deuxième permet d’identifier, elle, les matrices d’inertie segmentaires. Les paramètres d’entrée de cette méthode d’identification sont les matrices rotations segmentaires, leurs dérivées secondes, les accélérations segmentaires, ainsi que le torseur externe. Si ce dernier est directement mesuré par une plateforme de force, les autres grandeurs sont obtenues après des opérations sur la mesure de la cinématique segmentaire du sujet obtenue par un système opto-électronique. Ce système mesurant la cinématique du sujet grâce à des marqueurs cutanés, cette cinématique diffère de la cinématique théorique obtenue si les segments sont rigides, du fait des mouvements des masses molles. Ce travail a donc porté sur le calcul d’une matrice rotation optimale, basée sur une transformation matérielle décrivant le mouvement segmentaire.De plus les mouvements des masses molles ainsi que les instruments de mesure induisent un bruit dans les signaux cinématiques. Du fait de la double dérivation de ces signaux pour le calcul des accélérations segmentaires et des dérivées secondes des matrices rotations, ce bruit devient prépondérant sur le signal porteur. Ce travail a donc également porté sur le filtrage à effectuer pour atténuer ces bruits. Cinq filtres utilisés dans la littérature (filtre de Butterworth, lissage de Savitsky-Golay, moyenne glissante, lissage par spline et analyse spectrale) ont été implémentés et leurs effets sur les paramètres inertiels identifiés ont été comparés. Les résultats montrent que les paramètres identifiés avec la méthode vectorielle ne nécessitent pas de traitement. L’identification des matrices d’inertie nécessite, elle, un traitement et le lissage optimal est obtenu avec le moyenne glissante.Enfin, une modélisation du membre supérieur par une chaîne cinématique a également été implémentée afin de rigidifier la cinématique acquise. Les premiers résultats ne sont pas satisfaisants mais le modèle retenu peut être affiné avant de conclure sur l’intérêt de cette modélisation pour l’identification des paramètres inertiels. Finalement, l’approche mixte développée permet l'identification des dix paramètres inertiels des segments du corps humain. La méthode a été validée en identifiant les paramètres inertiels des segments constituant le membre supérieur de dix huit sujets. Les paramètres obtenus ont ensuite été comparés à ceux issus d’une table anthropométrique. Les résultats montrent que les paramètres identifiés sont très proches de ceux estimés. Cela montre donc que l’identification des paramètres inertiels est fiable et permet d’avoir accès aux paramètres inertiels de sujets atypiques, pour qui les tables anthropométriques ne sont pas disponibles. / The aim of this thesis is the identification of body segment inertial parameters (BSIP), i.e. the segment mass, center of mass location and inertia tensor. Those ten parameters per segment are a mandatory input for inverse kinetics methods which are widely used in biomechanics studies. Despite the fact that methods exist to estimate them from anthropometric tables or segment volumes measurements, identification is useful when subjects are atypical (such as disabled people, pregnant women or athletes with muscular hypertrophies). The originality of this work is to use a mixed approach to write the identification problem, combining a vectorial and a matrix formulations of rigid multi-body motion equations, based on previous work did in the RoBioSS axis by Tony Monnet during his PhD. The first one permit to identify segmental masses and center of mass locations. The second one identifies segmental inertia tensors.Inputs of identification algorithm are rotation matrices, their second derivatives, segmental accelerations, and external torsor. Even though this external torsor is directly measured with a force plate, the others inputs are derived from kinematics measurements performed by an optoelectronical device. This device measures kinematics with skin mounted markers tracked by cameras, and the obtained kinematics deviate from the theoretical kinematics of rigid bodies, because of the soft tissues artefacts. In order to deal with these artefacts an optimal rotation matrix computation, based on material transformation, has been performed.Also, noise appears during measurement because of the soft tissues artefacts and the measure device. When double numerical derivatives are applied, this noise becomes greater than the carrier signal. In order to deal with it, five filters, i.e. Butterworth filter, Savitsky-Golay smoothing, sliding average window, spline smoothing and singular spectrum analysis, taken from literature have been implemented and compared. Results show that BSIP identify from vectorial formulation didn’t need any filtering. On the other hand, inertia tensors identification needed smoothed inputs and the best way to smooth them was the sliding average window.Finally, a kinematic chain model of the upper limb has been implemented to rigidify the kinematics. Preliminary results aren’t satisfying but the chain model can be improved before assuming kinematic chain aren’t well suited to enhance BSIP identification. Ultimately, the developed mixed approach has been validated by upper limb inertial parameters identification of eighteen subjects. Identified inertial parameters have also been compared with ones estimated with an anthropometric table. The conclusion is that the identified parameters were very close to the estimated ones, which shows that identification will be reliable to estimate inertial parameters of atypical subjects for whom anthropometric tables aren’t available.
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Μελέτη χρήσης διηλεκτρικών υλικών για τη βελτιστοποίηση των απεικονιστικών ιδιοτήτων της εστιασμένης μικροκυματικής ραδιομετρίαςΤριχόπουλος, Γεώργιος 20 February 2009 (has links)
Στην παρούσα εργασία γίνεται μελέτη της χρήσης διηλεκτρικών υλικών για τη βελτίωση των απεικονιστικών ιδιοτήτων της εστιασμένης μικροκυματικής ραδιομετρίας, όπωςείναι η χωρική διακριτική ικανότητα και το βάθος διείσδυσης της ακτινοβολίας. Με τη βοήθεια του λογισμικού HFSS (High Frequency Structure Simulation) το οποίο βασίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, μελετώνται διάφορες υλοποιήσεις με τη χρήση των διηλεκτρικών. Τοποθετούνται διηλεκτρικά στρώματα βηματικού δείκτη διάθλασης γύρω από το κεφάλι και διηλεκτρικά στρώματα γύρω από την κεραία. Επίσης σε μια άλλη προσέγγιση του προβλήματος, το κεφάλι τοποθετείται σε ομοιογενή σφαίρα διηλεκτρικού ώστε να επιτευχθεί ευκολότερη και πιο αξιόπιστη εστίαση. Τέλος εξετάζεται η περίπτωση λειτουργίας του MiRaIS με τη χρήση κατευθυντήριας κεραίας τεχνολογίας microstrip, αντί για παγκατευθυντικό δίπολο. Σε κάθε προσέγγιση αξιολογούνται και συγκρίνονται τα αριθμητικά αποτελέσματα όλων των συχνοτήτων που δοκιμάζονται (500MHz-2GHz). / -
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Dosimetry of upper extremities of personnel in nuclear medicine hot labs / Δοσιμέτρηση άνω άκρων προσωπικού σε θερμά εργαστήρια πυρηνικής ιατρικήςΠαπαδόγιαννης, Παναγιώτης 01 October 2012 (has links)
The specific nature of work in nuclear medicine departments involves the use of isotopes and handling procedures, which contribute to the considerable value of the equivalent dose received, in particular, by the fingertips.
Workers of nuclear medicine units who label radiopharmaceuticals are exposed to ionizing radiation. The doses of nuclear medicine workers determined by individual dosimeters, which supply data on the magnitude of personal dose equivalent. The dosimetry pointing to a considerable optimization of the radiological protection among that professional group. However, the problem of the excessive hand exposure had been noted already in the early 1980s. Systematic studies were undertaken in West Scotland. The difficulties associated with automation of radiopharmaceutical preparation process are responsible for the continuing growth of exposure to the hands of the workers. Similar studies have also been undertaken, e.g. in Chile, Norway, Australia, Italy, USA, Belgium(1).
In each case, special attention has been paid to the exposure of nuclear medicine worker hands. The radiopharmacists who label various ligands can be exposed to high radiation doses to their fingertips (primarily of the thumb, index finger and middle finger). Quite frequently, the Hp(0.07) to the fingertips of those three fingers may exceed the dose limit, i.e. value of 500 mSv/y for the skin of human fingers, this dose limit refers to the maximum dose recorded(2).
Specific difficulty in assessing the exposures of the most affected finger parts is aggravated by the fact that the universally employed method for the determination of the radiation doses received by the hands using a ring with attached thermoluminescence detectors is not adequate in this particular case. This measurement method is inadequate because distribution of the doses received by the skin of the hands and fingers is extremely non uniform.
The main aim of the study was to measure the absorbed dose at the hands of the personnel by using thermoluminescent detectors / -
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Μελέτη απορροφούμενης δόσης και ποιότητα εικόνας σε δυναμικά νεφρογράμματα παιδιών με 99mTc-MAG3Λέτσας, Βασίλειος 07 June 2013 (has links)
Renogram in Nuclear Medicine is the main examination for the diagnosis of several diseases in children such as kidney failure or obstructive uropathy. The dosimetry of this examination is based on the group-specific values presented by the ICRP publications. The need for person-specific dosimetry in the Nuclear Medicine urged in the creation of a new image-based dosimetric method, based on the outcome of the examination of the renogram of each patient. With the help of an experimental procedure, the percentage of self-absorption inside the “source” organs and the absorption from the surrounding tissues of the transmitted radiation of the radiopharmaceutical (99m-Tc-MAG3) is calculated, leading with the use of the MIRD method, to the measurement of the activity of Technetium inside the patient’s organs during the renogram’s duration. Afterwards with the help of theoretical models, conclusions and assumptions the total cumulated activity of the patient’s organs is calculated. The results show similar values with other projects published, which were more invasive and less cost-effective for the department. / Στην πυρηνική ιατρική, τα νεφρογράμματα είναι η κύρια εξέταση για την διάγνωση ασθενειών στα παιδιά, όπως η νεφρική ανεπάρκεια και η ουροφρακτική ανεπάρκεια. Η δοσιμετρία αυτών των εξετάσεων στηρίζεται πάνω στα group-specific όρια του ICRP. Η ανάγκη για person-specific δοσιμετρία και στην Πυρηνική Ιατρική ώθησε στη δημιουργία μιας δοσιμετρικής μελέτης που στηρίζεται στην εικόνα (image-based) από το αποτέλεσμα της εξέτασης του νεφρογράμματος του κάθε ασθενή. Με τη βοήθεια μιας πειραματικής διάταξης υπολογίζεται το ποσοστό αυτο-απορρόφησης στα όργανα «στόχους» και το ποσοστό απορρόφησης της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας από τους περιβάλλοντες ιστούς, οδηγώντας μαζί με την μέθοδο του MIRD, στον υπολογισμό της ενεργότητας του ραδιοφαρμάκου (99m-Tc-MAG3) μέσα στα όργανα του ασθενή καθ’ όλη την διάρκεια της εξέτασης. Με την βοήθεια θεωρητικών μοντέλων, συμπερασμάτων και υποθέσεων υπολογίζεται η συνολική ακτινική επιβάρυνση του ασθενούς και τα αποτελέσματα δίνουν παραπλήσιες τιμές με άλλες δημοσιευμένες εργασίες, που ακολούθησαν πιο επεμβατικές ή πιο κοστοβόρες για το τμήμα, μεθόδους.
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Development and activity of in vitro neuronal networks : learning organic chemistry through games / Développement et activité de réseaux de neurones in vitro : enseigner la chimie organique par le jeuVignes, Maéva 22 November 2013 (has links)
Ma thèse comporte deux grandes parties, la première en biophysique et la seconde en science de l’éducation. La première partie présente des travaux à la frontière entre neurobiologie et microfluidique. Le but de ces travaux est de pouvoir reconstruire et étudier des réseaux complexes de neurones in vitro avec une topologie de connections synaptiques bien contrôlées. Une série de micro-structures mécanique et/ou chimique ont été étudiées pour leur capacité à (i) positionner les corps cellulaires des neurones, (ii) orienter la pousse des neurites, et (iii) différencier les axones des dendrites. Un premier réseau comportant trois populations de neurones connectées en série a été reconstruit à l’intérieur d’un circuit microfluidique. Ce réseau qui mime la voie perforante de l’hippocampe pourra être exploité pour des études en physiologie ou en neuro-dégénerescence. Une méthode entièrement optique de stimulation et d’observation de l’activité neuronal a été mise au point. Elle ouvre de nouvelles portes pour étudier des processus cognitifs complexes dans des systèmes simplifiés in vitro. La seconde partie de mon travail a permis le développement et l’étude de jeux pédagogiques pour l’apprentissage de la chimie en licence. Ces jeux, qui peuvent selon les cas remplacer un cours ou une séance d’exercices, donnent des résultats prometteurs pour l’aide à la compréhension et à la mémorisation de concepts tels que la géométrie des molécules ou la réactivité entre molécules organiques. / My PhD is divided in two parts one on biophysic of neuronal networks and one on science of education. The first part present results at the frontier between neurobiology and microfluidic. The overarching goal of this work was to develop tools and methods to build and study complex neuronal networks controlling the topology of synaptic connexions. Micro-patterning techniques with mechanical and/or chemical constraints were explored regarding their capacity to (i) position cell bodies, (ii) orient neurite outgrowth and (iii) polarize neurons. For the first time, a network comprising three different neuronal populations connected in specified directions was reconstructed in a microfluidic device. This network that mimics the perforant pathway of the hippocampus can be used to study physiological rythms or neurodegenerative processes including Alzheimer’s disease. A novel and fully optical method is presented to stimulate and record neuronal activity in vitro. It opens new routes to study complex cognitive processes in simplified in vitro systems. The second part of my work present the development and assessment of educational games in chemistry at the undergraduate level. These games that can either be used to replace courses or exercises, seem promising to improve the understanding and memorization of chemistry concepts og geometries of molecules and organic reactivity.
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