Post-traumatic stress disorder (PTSD) is a heterogenous psychiatric condition that affects thousands of individuals each year. Of those who experience this condition, military members including members of the Canadian Armed Forces (CAF) are particularly vulnerable, demonstrating high prevalence rates of PTSD-related symptoms. Moreover, individuals with PTSD are at increased risk for comorbid conditions and are at greater risk for suicide due to the overwhelming, debilitating nature of PTSD symptoms. In previous research, hyperarousal symptoms associated with PTSD have been linked to dysregulation in the locus coeruleus norepinephrine (LC-NE) system, a vast neuromodulatory system responsible for regulating arousal, attention, autonomic and memory-related functions. Advancements in neuroimaging methods have advanced our ability to study connectivity in vivo such that small structures like the LC can be further studied in human samples. Specifically, neuromelanin-sensitive MRI (NM-MRI), a novel, non-invasive neuroimaging method has been shown to detect changes in neuromelanin (NM)-related signal in both the LC and substantia nigra (SN). NM is a dark pigment that accumulates over the lifespan in catecholamine-dominant centers such as the LC and SN and is the by-product of catecholamine oxidation. NM-MRI can be used to image these centers in vivo due to the paramagnetic properties offered by NM. Furthermore, when excess cytosolic catecholamine levels are present in select neurons, NM production is thought to be increased, resulting in increased NM signal from the LC. This could potentially be a marker for dysregulation as many conditions have been associated with variability of this system. Previously, NM-MRI has been used in other clinical settings such as in Parkinson’s disease (PD), Alzheimer’s disease (AD), schizophrenia and depression; however, this current investigation is the first to utilize this imaging modality in the context of PTSD. Specifically, we hypothesized that increased NM-MRI signal in the LC would correlate with increasing severity of hyperarousal symptoms in individuals with PTSD. We also predicted that the opposite would be true for comorbid depression symptom severity, as reduced LC signal has been previously correlated with clinical measures of comorbid depression using NM-MRI. As per our primary hypothesis, we observed a significant positive correlation between NM-MRI signals in the caudal elements of the LC with hyperarousal symptom severity in 22 PTSD subjects (r= 0.54, p= 0.017; partial correlation controlling for depression symptom severity, age, and sex). In contrast, we did not find any evidence to support our secondary hypothesis, because a non-significant trend correlating LC NM-MRI signal and depression symptom severity was obtained (r= -0.30, p=0.22; partial correlation controlling for hyperarousal severity, age, and sex). Based on these results, we were able to build on previously conducted work to further investigate the utility of NM-MRI in the detection of variability in LC-NE system as it pertains to psychiatric conditions known to show dysregulation of this system such as PTSD. In addition, this thesis provides further evidence to support the automation of NM-MRI analytical methods, thus supporting their potential utility for future clinical research. Our findings also provide support for the use of NM-MRI as a potential measure of NE activity; further, this work provided preliminary evidence supporting the use of NM-MRI in a clinical, psychiatric setting, where the technique may serve as a biomarker of PTSD pathology. With these findings in mind, additional validation studies can be conducted to verify the use of NM-MRI as a biomarker for NE system dysregulation. This would potentially allow for advancements in targeted treatment options for PTSD, particularly those targeting the LC-NE system, thus potentially increasing patient stratification and treatment efficacy.

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Le Groupe de recherche en appareillage médical de Sherbrooke possède une expertise unique dans la conception de scanners à tomographie d’émission par positrons. Le fonctionnement de la tomographie d’émission par positrons repose sur la détection de photons d’annihilation colinéaires par un agencement de cristaux scintillateurs, photodétecteurs, convertisseurs temps-numérique et électronique de traitement. Une partie du groupe de recherche s’oriente vers l’utilisation des matrices de photodiodes à avalanches opérées en mode Geiger, afin d’obtenir une meilleure résolution temporelle du système et un seuil de détection plus faible que les générations précédentes,ce qui permet de détecter les premiers photons émis par le cristal scintillateur. Le convertisseur temps-numérique (TDC) développé se veut un bloc polyvalent et réutilisable mesurant des intervalles de temps avec grande précision. Son développement cible des applications de détection monophotoniques avec estampilles temporelles comme la tomographie optique dffuse, les caméras 3D ou la tomographie d’émission par positrons. Il s’intègre ici dans un circuit intégré en CMOS 130 nm assemblé verticalement avec plusieurs gaufres et dédié à la détection en tomographie d’émission par positron. La méthodologie de conception du convertisseur temps-numérique s’inspire d’une approche en signaux mixtes avec suprématie du numérique. En simulation, le TDC développé arbore une résolution de 14,5 ps, une non-linéarité différentielle de 1 bits de poids faible, une non-linéarité intégrale de 2,2 bits de poids faible, une fréquence de conversion de 11,1 millions d’échantillons par seconde, une plage dynamique de 5 ns, une puissance moyenne consommée en moyenne de 4,5 mW et une taille de 0,029 mm². Un mécanisme pour améliorer la résolution du TDC a été intégré dans un exemplaire du TDC. Son utilisation a permis d’obtenir une résolution de 12,6 ps sur un exemplaire du circuit fabriqué. Ces travaux ont permis d’explorer l’architecture en oscillateur vernier avec anneaux et d’en faire ressortir plus clairement les avantages, les inconvénients et les écueils à surveiller lors de la conception.

Polarized helium-3 is used as a contrast agent for lungs magnetic resonance imaging that has recently reached the pre-clinical applications. One method to hyperpolarize 3He is the metastability exchange optical pumping (MEOP). Optical pumping is performed in standard conditions at low pressure (~ 1 mbar) and low magnetic field (~ 1 Gauss). In this work, the complete update of a low field polarizer dedicated to small animal lungs imaging is presented. The implementation of a new 10 W laser, new peristaltic compressor and others components resulted in a production of 3-4 scc/min for a polarization between 30 to 40%. Images of rat lungs made with better resolution and a new dynamic radial sequence are presented as a validation of the system. Since few years, MEOP has also been studied at higher pressures and higher magnetic fields in small sealed cells. It showed that, thanks to hyperfine decoupling effect induced by high magnetic field, it was also possible to efficiently polarize at higher pressure (67 mbar). Experiments done at 4.7 and 1.5 T are reported in this work. The first ones show a benefic (higher polarization values) and a negative effect (lower production rates) of the magnetic field. The seconds highlight the advantage of using an annular beam shape of the laser that matches the distribution of 23S state atoms at higher pressure. Nuclear polarization values of 66.4% at 32 mbar and 31% at 267 mbar were obtained in 20 mL sealed cells and a 10 times increase in the production rate compare to best standard conditions. These promising results were the first motivation for building a high-field polarizer working inside MRI scanner in hospital. The design and the construction of such a polarizer are described in detail in the last part of the dissertation. The polarizer produces hyperpolarize 3He at 30-40% with a 4 times higher flow than the low field polarizer (10-15 scc/min). The first good quality human lungs images made in Poland with healthy volunteers are the main result of this work.

Leben und Werk des berühmten Mäzens König Alfons X. von Kastilien sind vielfach gelobt und getadelt worden. In den letzten Jahrzehnten hat die Forschung dabei insbesondere auf den Widerspruch hingewiesen zwischen dem großen Interesse Alfons’ an orientalischem Wissen und einem friedlichen Wissensaustausch an seinem Hof einerseits und der Unterdrückung religiöser Minderheiten unter seiner Herrschaft andererseits. Doch wie und wo beeinflussten das im Werk Alfons’ dargestellte Weltbild seine politischen Handlungen gegenüber Nicht-Christen (insbesondere gegenüber den Mauren)? Welche Vorstellung und Ausübung von Toleranz war in der Regierungszeit Alfons’ vorherrschend und inwiefern vertrat Alfons den Geist seiner Zeit? Diese Fragen sind geeignet, Zweifel an dem behaupteten Widerspruch zu wecken. Nach seinen Weltanschauungen konzipierte Alfons sein Königreich als Ganzes, wobei die drei religiösen Gruppen in einer klar hierarchisierten Gesellschaftsordnung ihren jeweiligen Platz mit einer jeweils unterschiedlichen Bedeutung zugewiesen bekamen. Sowohl in seiner idealisierten als auch in der realen Gesellschaft war Toleranz für Alfons X. von Kastilien überwiegend eine pragmatische Haltung. Im gesellschaftlichen Bereich verteidigten Mudejaren, Sepharden und Christen des mittelalterlichen Spaniens ihre Identitäten, die sie bedroht sahen, weil die kulturellen Verflechtungen im Laufe der Jahrhunderte sehr stark geworden waren. Und im Ringen um die Bildung und den Erhalt eigener Identität stellen Pragmatismus und Toleranz keinen Widerspruch dar, sondern sind vielmehr Bedingung und Folge des „Zusammenlebens“. / The life and the works of famous patron King Alfonso X of Castile have often been praised and critized. In the last decades, research has particular referred to the contradiction between Alfons’great interest in oriental knowledge und a peaceful exchange of knowledge at his court on the one hand and the oppression of religious minorities under his rule on the other hand. But how and where did the conception of the world as presented in Alfons’ work affect his political actions against non-Christians (especially against the Muslims)? Which conception and practice of tolerance were predominant in his reign and to what extent did Alfons represent the spirit of his time? These questions are suitable to cast doubts on the maintained contradiction. According to his view of the word, Alfonso considered his kingdom as a whole, in which the three religious groups were assigned to their respective place with a different meaning to each in a clearly hierarchical social order. In his idealized as well as in the real society, tolerance was predominantly a pragmatic attitude for Alfonso X of Castile. Within the social field, the Islamic Moors (Mudéjares), Sephardics Jews and Christians of medieval Spain defended their identities which they considered to be threatened, because cultural interconnections had become very strong in the course of centuries. And in the struggle for the formation and preservation of one’s own identity, tolerance and pragmatism do not mean contradiction, but rather a condition and consequence of "living together".

Nous présentons une étude expérimentale et théorique du pompage optique de l'hélium-3 par échange de métastabilité dans un champ magnétique de 1.5 Tesla entre 1 et 67 mbar. Une étude systématique nous permet de déterminer les conditions expérimentales favorables au pompage optique. A 1.5 Tesla, des polarisations nucléaires élevées et des taux de pompage importants sont obtenus à forte pression, ce qui étend le domaine d'applicabilité du pompage optique par échange de métastabilité. Une modélisation réaliste nous permet de comprendre les effets des divers processus entrant en jeu dans la physique du pompage. Nous montrons qu'en dépit du découplage hyperfin, le pompage optique à 1.5 Tesla conserve les propriétés intrinsèques de haut rendement quantique du pompage optique par échange de métastabilité habituel. L'étude comparée des valeurs expérimentales et théoriques de la polarisation nucléaire met en évidence un processus de relaxation de la polarisation dont le taux augmente avec la densité d'atomes dans le niveau excité<br />2 3P et avec la pression.

Large area flat displays are nowadays considered being a commodity. After the era of bulky CRT TV technology, LCD and OLED have taken over as the most prevalent technologies for high quality image display devices. An important factor underlying the success of these technologies has been the development of high performance photomask writers in combination with a precise photomask process. Photomask manufacturing can be regarded as an art, highly dependent on qualified and skilled workers in a few companies located in Asia. The manufacturing yield in the photomask process depends to a great extent on several steps of measurements and inspections. Metrology, which is the focus of this thesis, is the science of measurement and is a prerequisite for maintaining high quality in all manufacturing processes. The details and challenges of performing critical measurements over large area photomasks of square meter sizes will be discussed. In particular the development of methods and algorithms related to the metrology system MMS15000, the world standard for large area photomask metrology today, will be presented. The most important quality of a metrology system is repeatability. Achieving good repeatability requires a stable environment, carefully selected materials, sophisticated mechanical solutions, precise optics and capable software. Attributes of the air including humidity, CO2 level, pressure and turbulence are other factors that can impact repeatability and accuracy if not handled properly. Besides the former qualities, there is also the behavior of the photomask itself that needs to be carefully handled in order to achieve a good correspondence to the Cartesian coordinate system. An uncertainty specification below 100 nm (3σ) over an area measured in square meters cannot be fulfilled unless special care is taken to compensate for gravity-induced errors from the photomask itself when it is resting on the metrology tool stage. Calibration is therefore a considerable challenge over these large areas. A novel method for self-calibration will be presented and discussed in the thesis. This is a general method that has proven to be highly robust even in cases when the self-calibration problem is close to being underdetermined. A random sampling method based on massive averaging in the time domain will be presented as the solution for achieving precise spatial measurements of the photomask patterns. This method has been used for detection of the position of chrome or glass edges on the photomask with a repeatability of 1.5 nm (3σ), using a measurement time of 250 ms. The method has also been used for verification of large area measurement repeatability of approximately 10 nm (3σ) when measuring several hundred measurement marks covering an area of 0.8 x 0.8 m2. The measurement of linewidths, referred to in the photomask industry as critical dimension (CD) measurements, is another important task for the MMS15000 system. A threshold-based inverse convolution method will be presented that enhances resolution down to 0.5 µm without requiring a change to the numerical aperture of the system. As already mentioned, metrology is very important for maintaining high quality in a manufacturing environment. In the mask manufacturing industry in particular, the cost of poor quality (CoPQ) is extremely high. Besides the high materials cost, there are also the stringent requirements placed on CD and mask overlay, along with the need for zero defects that make the photomask industry unique. This topic is discussed further, and is shown to be a strong motivation for the development of the ultra-precision metrology built into the MMS15000 system. / <p>QC 20130515</p>

A chaque nouvelle étape franchie dans la réduction des dimensions des dispositifs en microélectronique, de nouvelles problématiques sont soulevées. Parmi elles, la fluctuation de la longueur de la grille des transistors, aussi appelée rugosité de bord de ligne (LWR, pour "Line Width Roughness"), constitue l'une des principales sources de variabilité. Afin d'assurer le bon fonctionnement des transistors, le LWR doit être inférieur à 2 nm pour les futurs noeuds technologiques. Dans ce contexte, la caractérisation précise de la rugosité à l'échelle nanométrique est essentielle mais se heurte aux limitations des équipements de métrologie. En effet, à ces dimensions, le bruit de mesure des équipements ne peut être ignoré. Afin de pallier à ce problème, un protocole permettant de s'affranchir du niveau de bruit des équipements de métrologie a été développé dans la première partie de cette thèse. Il s'appuie sur l'utilisation de la densité spectrale de puissance de la rugosité, basée sur une fonction d'autocorrélation de type "fractal auto-affine". Un bruit "blanc" a été inclus dans le modèle théorique, permettant l'ajustement des données expérimentales. La seconde problématique concerne la rugosité élevée des motifs des résines 193 nm qui est transférée dans la grille lors des étapes successives de gravure. Pour résoudre cette difficulté, des traitements plasma sur résines ont été envisagés dans la seconde partie de cette étude. Des analyses physico-chimiques des résines exposées aux traitements plasma nous ont permis de montrer que les UV émis par les plasmas lissent considérablement les flancs des résines. En contrepartie, la formation d'une couche "dure" autour des motifs avec certains plasmas (HBr et Ar) contribue à leur dégradation. De nouvelles stratégies ont également été examinées. Les traitements plasma ont été combinés à des recuits thermiques dans le but d'additionner leurs avantages. Finalement, un plasma de H2 semble être prometteur puisqu'il ne génère pas de couche superficielle sur les motifs de résine, et l'action des UV réduit considérablement la rugosité. En combinant ce traitement avec un recuit thermique, il est possible d'atteindre des rugosités de 2.4 nm dans la grille finale.

Ce travail constitue une contribution à l'étude de la synergie entre le vieillissement accéléré et l'évolution de la robustesse aux évènements singuliers pour les technologies MOS avancées. Ce manuscrit expose le travail fait autour de la Caractérisations des mécanismes de dégradation NBTI, HCI, TDDB et Electromigration sur les structures de tests conçues dans le véhicule de test NANOSPACE en technologie CMOS LP 65 nm. Il décrit aussi l'évaluation de la robustesse face aux évènements singuliers après un vieillissement de type NBTI sur les chaines de portes logiques (inverseurs, NOR, bascules D). Cette dernière partie nous a permis de démontrer que le vieillissement de type NBTI améliore la robustesse face aux SET dans ce cas d'étude.