La génétique inverse est devenue une méthode clé pour la production de virus à ARN génétiquement modifiés et pour comprendre les propriétés cellulaires et biologiques des virus. Cependant les méthodes les plus fréquemment utilisées, basées sur le clonage de génomes viraux complets dans des plasmides, sont laborieuses et imprévisibles. La première partie de cette thèse présente des études sur la mise au point d'un nouveau système de génétique inverse, appelé méthode ISA (Amplicons-Sous génomique-Infectieux), qui permet la génération, en quelques jours, de virus infectieux sauvages et génétiquement modifiés appartenant à trois familles différentes de virus à ARN simple brin de polarité positive, avec une grande maîtrise des séquences virales. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons appliqué pour la première fois à un arbovirus (CHIKV), le ré-encodage des codons - une méthode développée récemment et très excitante pour le développement de vaccins vivants atténués. En utilisant une approche aléatoire de ré-encodage des codons qui attribue au hasard des codons sur la base de la séquence en acides aminés correspondante, nous avons mis en évidence des pertes importantes de fitness réplicatif sur des cellules de primates et d'arthropodes. La diminution du fitness réplicatif est en corrélation avec le degré de ré-encodage, une observation qui peut aider à la modulation de l'atténuation virale. En utilisant l'expérience acquise avec le CHIKV, nous avons transposé avec succès ce mécanisme d'atténuation au JEV et amélioré notre maîtrise du processus d'atténuation en utilisant une combinaison de la synthèse de novo et de la méthode ISA. / Reverse genetics has become a key methodology for producing genetically modified RNA viruses and deciphering cellular and viral biological properties, but the most commonly used methods, based on the preparation of plasmid-based complete viral genomes, are laborious and unpredictable. The first part of this thesis presents studies relating to the development of a new reverse genetics system, designated the ISA (Infectious-Subgenomic-Amplicons) method, which enabled the generation of both wild-type and genetically modified infectious viruses belonging to three different families of positive, single stranded RNA viruses within days with great control of the viral sequences. In the second part of this thesis, we applied for the first time to an arbovirus (CHIKV), codon re-encoding - a recently developed and very exciting method for the development of live attenuated vaccines. Using a random codon re-encoding approach which randomly attributed nucleotide codons based on their corresponding amino acid sequence, we identified major fitness losses of CHIKV in both primate and arthropod cells. The decrease of replicative fitness correlated with the extent of re-encoding, an observation that may assist in the modulation of viral attenuation. Detailed analysis of these observed replicative fitness losses indicated that they are the consequence of several independent re-encoding induced events. Using the experience acquired on the CHIKV, we successfully transposed this attenuation mechanism to JEV and improved our control of the attenuation process by using a combination of de novo synthesis and the ISA method.

Le ré-encodage aléatoire des codons à grande échelle est une nouvelle méthode d'atténuation virale qui consiste en l'insertion d'un grand nombre de mutations synonymes, individuellement peu délétères, de façon aléatoire dans une ou plusieurs régions codantes d'un virus. Cette approche permet de diminuer de façon significative et modulable le fitness réplicatif des virus in cellulo et in vivo, ainsi que la pathogénicité du virus chez la souris, tout en induisant une protection immunitaire spécifique et efficace lors d'une nouvelle infection par le virus sauvage. Les virus ré-encodés présentent également une grande stabilité et une absence de réversion ce qui en font des candidats vaccins très prometteurs en termes d'efficacité et de fiabilité pour la conception de candidats vaccins vivants atténués contre une grande variété de virus à ARN. La combinaison du ré-encodage aléatoire et d'une nouvelle méthode de génétique inverse permettant de générer de nouveaux virus en quelques jours: ISA (Amplicon Subgenomique Infectieux), est une approche prometteuse qui pourrait aider au développement de vaccins vivants atténués de nouvelle génération en un temps record. / Large-scale random codon re-encoding is a new method of viral attenuation consisting in the insertion of a high number of slightly deleterious synonymous mutations, randomly, in one or several coding regions of a virus. This approach significantly reduces the replicative fitness of re-encoded viruses in cellulo and in vivo, as viral pathogenicity, while inducing a specific and effective immune response in mice against a new infection with wild-type viruses. Re-encoded viruses also present a high stability and an absence of reversion, making them promising vaccine candidates in term of reliability and efficiency for the conception of new vaccine candidates against a wide variety of RNA viruses. Combination of random re-encoding with a new method of revers genetics allowing to generate new viruses in days : ISA (Infectious Subgenomic Amplicons) would be very helpful to develop new-generation vaccine candidates.

Nous nous intéressons au contrôle non destructif par ultrasons des matériaux industriels. En pratique, les signaux réceptionnés par le transducteur ultrasonore sont analysés pour détecter les discontinuités de la pièce inspectée. L'analyse est néanmoins rendue difficile par l'acquisition numérique, les effets de la propagation ultrasonore et la superposition des échos lorsque les discontinuités sont proches. La déconvolution parcimonieuse est une méthode inverse qui permet d'aborder ce problème afin de localiser précisément les discontinuités. Ce procédé favorise les signaux parcimonieux, c'est à dire ne contenant qu'un faible nombre de discontinuités. Dans la littérature, la déconvolution est généralement abordée sous l'hypothèse d'un modèle invariant en fonction de la distance de propagation, modalité qui n'est pas appropriée ici car l'onde se déforme au cours de son parcours et en fonction des discontinuités rencontrées. Cette thèse développe un modèle et des méthodes associées qui visent à annuler les dégradations dues à l'instrumentation et à la propagation ultrasonore, tout en résolvant des problèmes de superposition d'échos. Le premier axe consiste à modéliser la formation du signal ultrasonore en y intégrant les phénomènes propres aux ultrasons. Cette partie permet de construire un modèle linéaire mais non invariant, prenant en compte l'atténuation et la dispersion. L'étape de modélisation est validée par des acquisitions avec des matériaux atténuants. La deuxième partie de cette thèse concerne le développement de méthodes de déconvolution efficaces pour ce problème, reposant sur la minimisation d'un critère des moindres carrés pénalisé par la pseudo-norme L0. Nous avons développé des algorithmes d'optimisation spécifiques, prenant en compte, d'une part, un modèle de trains d'impulsions sur-échantillonné par rapport aux données, et d'autre part le caractère oscillant des formes d'onde ultrasonores. En utilisant des données synthétiques et expérimentales, ces algorithmes associés à un modèle direct adapté aboutissent à de meilleurs résultats comparés aux approches classiques pour un coût de calcul maîtrisé. Ces algorithmes sont finalement appliqués à des cas concrets de contrôle non destructif où ils démontrent leur efficacité. / This thesis deals with the ultrasonic non destructive testing of industrial parts. During real experiments, the signals received by the acoustic transducer are analyzed to detect the discontinuities of the part under test. This analysis can be a difficult task due to digital acquisition, propagation effects and echo overlapping if discontinuities are close. Sparse deconvolution is an inverse method that aims to estimate the precise positions of the discontinuities. The underlying hypothesis of this method is a sparse distribution of the solution, which means there are a few number of discontinuities. In the literature, deconvolution is addressed by a linear time-invariant model as a function of propagation distance, which in reality does not hold.The purpose of this thesis is therefore to develop a model and associated methods in order to cancel the effects of acquisition, propagation and echo overlapping. The first part is focused on the direct model development. In particular, we build a linear time-variant model that takes into account dispersive attenuation. This model is validated with experimental data acquired from attenuative materials. The second part of this work concerns the development of efficient sparse deconvolution algorithms, addressing the minimization of a least squares criterion penalized by a L0 pseudo-norm. Specific algorithms are developed for up-sampled deconvolution, and more robust exploration strategies are built for data containing oscillating waveforms. By using synthetic and experimental data, we show that the developed methods lead to better results compared to standard approaches for a competitive computation time. The proposed methods are then applied to real non destructive testing problems where they confirm their efficiency.

Cette thèse expérimentale porte sur les ondes ultrasonores se propageant dans un milieu granulaire sec, sous contrainte. Dans une première partie, on s'intéresse à la propagation des ondes cohérentes de grande longueur d'onde. La mesure des vitesses de ces ondes en fonction de la contrainte et de la fréquence, montre que les propriétés élastiques du milieu résultent du contact de type Hertz-Mindlin, et que le milieu est non dispersif. La mesure d'atténuation indique un mécanisme dominant du type diffraction de Rayleigh. La propagation d'une onde de Biot à travers l'air dans un empilement sous gravité a été aussi mise en évidence. Dans une seconde partie, on s'est intéressé à la diffusion multiple d'onde acoustique. Nous avons déduit le coefficient de diffusion et le temps inélastique d'absorption en fonction de la contrainte et de la fréquence d'excitation. Le libre parcours moyen de transport a été déterminé en fonction du rapport de la longueur d'onde sur la taille de grains, montrant deux régimes distincts à basse et à haute fréquence. La dernière partie, porte sur le comportement non linéaire hystérétique d'un milieu granulaire, par méthode de résonance. Les modes fondamentaux d'ondes cohérentes ont été étudiés en fonction de l'amplitude d'excitation et de la contrainte de confinement. Un ramollissement élastique de 10%, pour l'onde longitudinale, et de 20%, pour l'onde transversale, sont observés, en bon accord avec un modèle de milieu effectif basé sur la théorie de Mindlin. Les effets d'interaction irréversible son-matière ont été examinés, tels que la compaction intermittente et le processus de cicatrisation. Enfin, on observe que l'atténuation de l'onde transversale dépend conjointement de l'amplitude d'excitation et de la fréquence / This experimental work deals with the ultrasound propagation in a dry granular medium under stress. The first chapter of the thesis concerns the coherent wave propagation in the long-wavelength limit. The measurement of sound velocity as a function of the applied stress and wave frequency confirm that the nonlinear elasticity of the medium originates from the Hertz-Mindlin contact and show that the medium is free of velocity-dispersion. On the other hand, the amplitude measurement reveals that the dominant mechanism of attenuation is due to the Rayleigh-like scattering. Additionally, the airborne Biot wave is observed and investigated. The second chapter is devoted to the diffusively scattered ultrasound. We particularly determine the diffusion coefficient and the inelastic absorption time as a function of stress and frequency. The mean transport free path was investigated versus the ratio of the wavelength to the grain size, which shows two distinct behaviours at low and high frequencies, respectively. The third and last chapter is focused on the hysteretic nonlinear behaviour studied by the resonance method. The fundamental modes of coherent waves are investigated as a function of the applied stress and excitation amplitude. The softening of elastic modulus is observed and can rises to 10% for the longitudinal wave and 20% for the transversal wave, which are in good agreement with the model prediction based on the Mindlin friction theory. Furthermore, the irreversible sound-matter interaction is examined; the intermittent compaction and the slow healing process are observed. Finally, the attenuation of transversal waves is shown to depend simultaneously on wave amplitude and frequency

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T11:40:36Z No. of bitstreams: 1 thiagoribeirofurtadodemendonca.pdf: 2671419 bytes, checksum: 9751de9437139252fdb339ca32b4f21d (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-16T11:57:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thiagoribeirofurtadodemendonca.pdf: 2671419 bytes, checksum: 9751de9437139252fdb339ca32b4f21d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-16T11:57:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thiagoribeirofurtadodemendonca.pdf: 2671419 bytes, checksum: 9751de9437139252fdb339ca32b4f21d (MD5) Previous issue date: 2015-07-13 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Em face ao aumento da demanda por energia elétrica e maior confiabilidade em seu fornecimento, diversas metodologias de controle e proteção da rede elétrica estão sendo desenvolvidas. Para isso é de fundamental importância a utilização de técnicas de processamento de sinais que permitam a extração de forma precisa e rápida dos parâmetros da rede elétrica. O advento de novas tecnologias permitiu a modernização dos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, melhorando a eficiência energética e confiabilidade. Por outro lado, observou-se a proliferação na indústria de novas cargas, em sua maioria de natureza não linear, responsáveis pela geração de componentes harmônicos e inter-harmônicos que distorcem o sinal do sistema elétrico (tensão e corrente), dificultando a estimação de parâmetros importantes. Com o intuito de continuar provendo energia de forma segura e confiável, alguns pré-requisitos devem ser atendidos, tais como a baixa distorção harmônica, amplitude estável, baixa oscilação da frequência fundamental, entre outros. Hoje em dia, devido ao maior nível de cargas e equipamentos não lineares conectados a rede, rastrear estes parâmetros de qualidade de energia não é uma tarefa fácil. Para isso, novas técnicas de processamento de sinais devem ser combinadas às teorias de sistemas de potência como forma de estimar e acompanhar as mudanças destes parâmetros. Nesse contexto, diversos algoritmos vêm sendo implementados, cada um com suas especificidades e desempenho. O presente trabalho propõe o desenvolvimento de um novo filtro baseado no filtro Hanning, que é capaz de eliminar harmônicos e atenuar inter-harmônicos com maior eficiência além de ser mais estável quando se considera a implementação em ponto fixo. Este filtro foi combinado com um algoritmo capaz de ajustar seus coeficientes de acordo com a estimação da frequência fundamental de forma a garantir amostragem síncrona, ou seja, a frequência de amostragem será sempre múltipla inteira da frequência atual. Dessa forma, a estimação de amplitude e reconstrução de componentes são feitas com maior precisão mesmo quando se considera a natureza variante da frequência fundamental do sinal bem como a maior quantidade de harmônicos e inter-harmônicos presentes, retratando com maior fidelidade o sinal real do sistema de potência. Os resultados mostram-se superiores às técnicas já existentes, considerando sinais com frequências fora da nominal bem como com grande quantidade de componentes harmônicos e inter-harmônicos, atingindo uma melhoria de 74% em relação ao MAF e de quase 90% em relação ao Hanning convencional. / Due to the growing demand for energy provided in a more reliable way, several control, protection and monitoring methodologies are been developed. For this reason it is of great importance the utilization of appropriate signal processing techniques that allow a precise and fast extraction of parameters from the electrical grid. The advent of new technologies has enabled the modernization of the electric energy generation, transmission and distribution systems, improving its efficiency and service reliability. On the other hand, it was noted a widespread in the application of non-linear loads, responsible for generating harmonics and inter-harmonics components that distorts the electrical signal (voltage and current), hindering the estimation process of useful parameters. With the aim to keep providing energy in a safe and reliable way, some prerequisites must be taken into account, such as the low harmonic distortion, stable amplitude, low oscillation of the fundamental frequency among others. Nowadays, due to the widespread use of nonlinear loads and equipment coupled to the grid, tracking these power quality parameters is not an easy task. That is why novel approaches and techniques of signal processing must be combined with knowledge of power systems theory as a form to estimate and keep track of these measurements. Within this context several algorithms are been developed, each one with its specificity and performance. The present work proposes the development of a new filter, based on the Hanning filter, capable of eliminating harmonics and attenuate with more efficiency the inter-harmonic components besides being more stable for fixed point implementation. This filter is combined with an algorithm that enable the adjustment of its coefficients according to the frequency estimation, assuring a synchronous sampling process, that is, the sampling rate will always be an integer multiple of the actual system frequency. In this way, the amplitude estimation and component reconstruction are performed with better accuracy even when considering the time-varying nature of the fundamental frequency of the signal and the high amount of distortion due to harmonics and inter-harmonics, depicting with greater fidelity the true signal of power system. Results have shown better performance than the already known techniques, considering signal with off-nominal frequency as well as high level of harmonic and inter-harmonic distortion, reaching 74% of improvement in relation with MAF and almost 90% in relation of conventional Hanning.

Le géoradar, ou Ground Penetrating Radar (GPR) en anglais, est une méthode non destructive couramment utilisée pour l'auscultation des ouvrages en béton. L'intérêt de cette méthode réside sur sa capacité à ausculter rapidement des très grandes surfaces, elle est de plus en plus employée en Génie Civil. Habituellement, cette méthode est utilisée en Génie Civil pour la localisation les aciers de renforcements, ou bien pour l'estimation de l'épaisseur d'enrobage du béton. Toutefois, la méthode GPR peut aussi être utilisée pour l'auscultation du béton. En effet, le béton est un matériau diélectrique poreux qui peut modifier la propagation des ondes électromagnétiques (EM). Les résultats les plus récents présentent la capacité du GPR à évaluer la teneur en eau. Cependant, le GPR pourrait très bien aussi être utilisé pour la détection des ions chlorure présents dans la solution interstitielle du béton, car comme les chlorures modifient la conductivité du béton ils sont susceptibles d'atténuer les ondes électromagnétiques. Néanmoins, seulement quelques études ont été menées dans ce domaine. Par conséquent, dans cette étude, nous proposons d'utiliser les ondes EM du géoradar pour estimer conjointement la teneur en eau et la teneur en chlorure du béton pour différents corps d'épreuves. Pour cela, plusieurs séries de corps d'épreuves sont utilisées avec des modes de contaminations par les chlorures différents. Une procédure de mesure de la vitesse à partir de l'analyse des signaux réfléchis est proposée. On démontre que la vitesse des ondes EM est essentiellement affectée par la teneur en eau alors que l'atténuation est sensible à la fois à la teneur en eau et à la teneur en chlorures. Ensuite, dans un second temps, nous testons différents modèles de permittivité pour prédire les mesures de constante diélectrique et du facteur de pertes évalués à partir des mesures par GPR ou de résistivité électrique. / Ground Penetrating Radar (GPR) is an usual nondestructive testing method for the assessment of concrete structures. The benefit of this method lies within its ability to assess quickly a large scale of concrete surface. Generally, GPR is used for the localization of reinforcements or for the thickness measurements. However, GPR can be also used for the diagnosis of concrete because concrete is a porous dielectric material which can modify the propagation of the electromagnetic (EM) waves. Most common results present the ability of GPR to assess moisture. But, GPR could be also used to detect the presence of chlorides into the interstitial concrete solution as chlorides can modify the concrete conductivity and altered the electromagnetic signal waves. However, only few studies have been carry-out on that field. Therefore, in this study, we propose to use GPR electromagnetic waves to evaluate both the water content and the chloride content inside the interstitial concrete solution of several tests concrete samples. So, several groups of concrete samples with the same formulation will be conditioned for different chloride contamination modes. Thereafter, a velocity measurement process will be proposed from the reflected signal wave analysis. In that process, we will show that the velocity is only affected by the water content while the attenuation strongly affected by both the water content and the chloride content. Furthermore, we will test several permittivity models to predict the dielectric permittivity and the loss factor estimated from the concrete samples measurements with the GPR device and the electrical resistivity device.

L'échographie est un outil de diagnostic largement utilisé grâce à des vertus telles que l'acquisition / traitement de données en temps réel, la facilité d'utilisation et la sécurité pour le patient / praticien pendant l'examen. Cependant, comparée à d'autres méthodes d'imagerie telles que la tomographie à rayons X et l'imagerie par résonance magnétique, l'échographie présente l'inconvénient de fournir une qualité d'image relativement basse. Dans cette thèse, nous étudions une méthode capable d'augmenter la qualité d'image, permettant ainsi de meilleurs diagnostics échographiques. Afin d'augmenter le rapport signal / bruit des signaux reçus, nous proposons d'utiliser des signaux modulés en fréquence (chirps). Pour éviter l'effet négatif de la bande passante limitée de la sonde, nous modulons en amplitude les signaux d'excitations afin d'augmenter l'énergie du signal dans les bandes de fréquences où la sonde est moins efficace. Pour compresser l'énergie des échos, nous utilisons des filtres de Wiener afin d'obtenir un bon compromis résolution spatiale / stabilité du bruit. Nous combinons cette méthode appelée REC (Resolution Enhancement Technique) avec l’imagerie ultrarapide. Nous montrons des résultats simulés et expérimentaux (in-vitro, ex-vivo et in-vivo) prometteurs. De plus, nous adaptons REC afin de compenser l'effet d'atténuation tissulaire. Cette amélioration est validée expérimentalement sur des phantoms. Nous adaptons également REC à la propagation non linéaire des ondes ultrasonores, en proposant une technique d'inversion d'impulsions qui utilise REC pour fournir une meilleure résolution et un meilleur rapport contraste / bruit. Ensuite, nous appliquons REC à différents schémas d’acquisition tels que les ondes divergentes et la transmission multi-lignes (MLT). Nous montrons également que la qualité d’image peut être augmentée davantage en tenant compte de la réponse impulsionnelle spatiale de la sonde lorsque REC et MLT sont combinés / Ultrasound imaging is a diagnostic tool widely used thanks to such virtues as real-time data acquisition / processing, ease of use and safety for the patient / practitioner during examination. However, when compared to other imaging methods such as X-ray tomography and Magnetic Resonance Imaging, the echography has the disadvantage to provide relatively low image quality. In this thesis, we study a method that is able to increase the ultrasound image quality, thus paving the way towards improved diagnostics based on echography and novel ultrasound applications. In order to increase the echo signal to noise ratio of the received signals, we propose to use linear frequency modulated signals, also called chirps. To avoid the negative effect of the bandlimited acquisition probe, we apply a pre-enhancement step on the probe excitation signals in order to boost the signal energy in the frequency bands where the probe is less efficient. To compress the echo energy in reception, we use Wiener filters that allow obtaining a good trade-off between the spatial resolution and noise stability. We apply the previously detailed pipeline, also called REC (Resolution Enhancement Technique) on ultrafast imaging schemes. We show promising results in simulation and in-vitro, ex-vivo, in-vivo acquisitions. Furthermore, we adapt REC in such way that the frequency dependent tissue attenuation effect is compensated for. This improvement is validated in simulation and phantom experiments. We also adapt REC to the nonlinear propagation of ultrasound waves, by proposing a pulse inversion technique that uses REC to provide a better image resolution and contrast to noise ratio. Then, we demonstrate the generality of the REC method by applying it to different acquisition schemes such as diverging wave compounding and Multi Line Transmit (MLT). We also show that the image quality can be increased more by taking into account the spatial impulse response of the ultrasound probe when REC and MLT are combined

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) entraine une perte progressive de la force musculaire. L'objectif de ce présent travail est d'étudier la sensibilité d'une méthode acoustique échographique (50 MHz) et d'une méthode résonante (25 kHz) aux changements de propriétés des tissus musculaires de souris mdx modèles. Les paramètres mesurés sont l'atténuation ultrasonore pour la méthode échographique et le module complexe de cisaillement pour la méthode résonante. Dans ce manuscrit nous exposons le développement de ces deux méthodes adaptées à l'étude de deux tissus musculaires de souris : le diaphragme et la peau. La méthode échographique a permis de quantifier les changements de propriétés biologiques du diaphragme en fonction du pourcentage de zone non musculaire sur des souris âgées de 3 mois à 24 mois. La méthode résonante, génère un champ de pression dans le tissu induisant un cisaillement dans le tissu. Cette méthode a permis d'estimer des différences de propriétés mécaniques sur le diaphragme et sur la peau entre les tissus sains et tissu pathologiques. Les résultats obtenus autorisent à penser que le développement de la méthode résonante pour des applications in vivo chez l'Homme atteint de DMD est possible. / The muscular dystrophy of Duchenne (DMD) lead a progressive loss of the muscular strength. The objective of this present work is to study the sensibility of an ultrasound acoustic method (50 MHz) and a résonant method (25 kHz) to the changes of properties of muscle tissues of mdx mice models. The mesured parameters are the ultrasound attenuation for the echographic method and the complexe shear modulus for the résonant method.In this manuscript we explain the development of these two methods adapted to the study of two muscular tissues of mouse: the diaphragm and the skin. The ultrasound method allowed to quantify the changes of biological properties of the diaphragm according to the percentage of non muscular area on 3-month-old mice in 24 months. The résonant acoustic method, generates a field pressure in the tissue leading a shearing tissue. This method allowed to estimate différences of mechanical properties on the diaphragm and on the skin between healthy tissues and pathological tissues. We think the obtained results authorize the development of the resonant method for in vivo applications to human touched by DMD.

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This diploma thesis deals with optic fiber connectors and their influence on transmissions realized via fiber optics. Optical fibers and lightguides play the key role in telecommunications because of constant demands of higher bandwidth and data rates. Original metalic wires do not meet market requirements and so the fiber optics are more and more being used. There are various types of fibers and there are also many ways of connections. This work deals with demountable way of connection – optical connectors, which have the biggest influence on a total attenuation and route length. Connector has to meet various requirements such as cleannes, quality, mechanical construction and ferrule polishing.