Les procédures chirurgicales intraoculaires sont des procédures difficiles par la précision qu’elles demandent, on parle de microchirurgie, mais aussi par la difficulté et la faible qualité de visualisation des tissus à traiter. En effet, dans la plupart des procédures intraoculaires le chirurgien utilise uniquement un microscope ophtalmologique qui ne permet la visualisation des tissus que par la pupille du patient et offre une perception limitée de la profondeur. La Tomographie en Cohérence Optique (OCT) fournit des images en profondeur des tissus sains de manière non invasive, elle est utilisée couramment en diagnostic ophtalmologique et est de plus en plus utilisée intra-opérativement. Dans cette thèse nous allons présenter deux systèmes OCT intra-opératifs qui visent à assister les chirurgiens sur deux procédures intraoculaires, la vitrectomie et l’injection sous-rétinienne. Pour ces deux projets nous avons utilisé le matériel chirurgical utilisé cliniquement pour plusieurs raisons : s’assurer d’utiliser des outils adéquats (dimensions, efficacité, sécurité) pour la procédure, garder des outils que les chirurgiens utilisent régulièrement et avec lesquels ils sont familiers et limiter les coûts de développement. Pour le système OCT nous avons utilisé des sondes OCT en fibre optique car elles sont flexibles, bon marché et de petit diamètre. Leur focalisation peut également être modifiée dépendamment de l’application avec une fibre optique GRIN à leur extrémité pour augmenter le signal OCT. Nous avons ainsi attaché à ces outils chirurgicaux des sondes OCT en fibre optique. Pour le projet portant sur les injections sous-rétiniennes il a fallu dans un premier temps développer des sondes OCT avec des diamètres plus petits que ceux existant. Pour ce faire nous avons développé une méthode permettant de réduire le diamètre des sondes avec de l’acide fluorhydrique et grâce à un design permettant de conserver les propriétés optiques des sondes. Ce travail est présenté dans le premier article. Le second article présente un système permettant de guider les injections sous-rétiniennes. L’injection sous-rétinienne est une intervention chirurgicale de haute précision visant à restaurer et/ou préserver la vision des patients souffrant de maladies rétiniennes. Néanmoins, l’injection sous-rétinienne reste à la limite des capacités physiologiques humaines en raison des tremblements de la main et peut être compromise par le reflux du médicament si l’injection n’est pas assez profonde dans la rétine. Nous avons développé un système pour guider l’injection avec un micromanipulateur et donner des informations précises sur la profondeur au chirurgien avec l’OCT intra-opératif. Après avoir miniaturisé une sonde OCT en fibre optique avec la méthode présentée dans l’article 1 nous avons pu l’insérer dans une canule utilisée cliniquement. La sonde couplée à un système OCT que nous avons développé acquiert un signal A-scan qui va permettre de connaitre la distance entre la canule et la rétine mais aussi de sélectionner la profondeur de l’injection dans les couches rétiniennes. La canule est attachée à un micromanipulateur qui assure son déplacement dans l’œil. Une image M-scan est construite avec le signal OCT et le chirurgien peut directement sélectionner sur l’image la profondeur de l’injection. Nous avons développé l’interface sur Labview. Après avoir sélectionné la cible de l’injection le programme de guidage va déplacer la canule et injecter le volume adéquat grâce à une pompe contrôlable. Nous avons validé notre système de guidage sur des yeux de porcs ex-vivo. Sur 40 injections 38 présentaient un décollement rétinien ciblé et localisé, preuve de la réussie de l’injection rétinienne ce qui représente un taux de succès de 95% (CI : 83.1 – 99.4). Nous avons aussi grâce à un algorithme de traitement de l’image calculé le volume présent sous la rétine après l’injection que nous avons comparé au volume injecté. Nous avons ainsi trouvé que 75% du volume initialement injecté se retrouve bien sous la rétine. Le troisième article présente un système permettant d’arrêter automatiquement le vitrecteur lors d’une vitrectomie pour réduire les dommages accidentels sur la rétine. La survenue de déchirures rétiniennes iatrogèniques dans la vitrectomie par la pars plane est une complication qui compromet l’efficacité globale de la chirurgie. Un certain nombre de déchirures rétiniennes iatrogènes se produisent lorsque la rétine est coupée accidentellement par le vitrecteur. Nous avons développé un vitrecteur intelligent capable de détecter en temps réel une coupure rétinienne accidentelle et de désactiver rapidement la machine de vitrectomie pour les prévenir. Ce vitrecteur intelligent est composé d’une sonde OCT attachée au vitrecteur et va avoir comme rôle de détecter si le vitrecteur aspire la rétine et va endommager ces tissus sains. La sonde OCT agit comme un détecteur de présence devant l’ouverture du vitrecteur, ceci en comparant un signal de référence avec le signal en direct. Cette comparaison de signal OCT va commander un bras robotique pour actionner la pédale d’arrêt du vitrecteur. Ainsi le chirurgien n’a pas besoin d’interpréter un signal, la décision d’arrêt du vitrecteur dû à la présence de la rétine est prise automatiquement. Ceci va permettre de réduire grandement, de 300 ms à 29 ms, le délai de la prise de décision d’arrêt du vitrecteur précédemment limité par le temps de réaction du chirurgien. Nous avons développé les sondes OCT, le système OCT ainsi que l’algorithme d’arrêt automatique de ce système. Nous avons validé sur des yeux porcins in-vivo, deux chirurgiens ont utilisé notre système en essayant d’endommager les tissus rétiniens. 70% (CI : 56.39 – 82.02) des tentatives de dommages rétiniens des chirurgiens furent atténuées ou empêchées par notre système. Ce projet a abouti au dépôt d’un brevet ("Smart Vitrector", Provisional patent application, US 63109040). / Intraocular surgical procedures are difficult procedures because of the precision they require, they are often referred as microsurgery, but also by the little information available to the surgeon. In most intraocular procedures the surgeon only uses an ophthalmic microscope which allows visualization of tissue just through the patient’s pupil and offers limited depth perception. Optical Coherence Tomography (OCT) provides in-depth images of healthy tissue in a non-invasive manner, is commonly used in ophthalmologic diagnostics, and is increasingly used intraoperatively. In this thesis we will present two intraoperative OCT systems that aim to assist surgeons with two intraocular procedures, vitrectomy and subretinal injection. For these two projects we used the surgical equipment used clinically for several reasons : to make sure to use adequate tools (dimensions, efficiency, safety) for the procedure, to keep tools that surgeons use regularly and with which they are familiar and limit development costs. For the OCT system we used fiber optic OCT probes as they are flexible, cheap and small in diameter. Their focus can also be modified, depending the application, with a GRIN fiber at their tip to increase the OCT signal. We have attached optical fiber OCT probes to these surgical tools. For the subretinal injections project it was first necessary to develop OCT probes with smaller diameters than existing ones. To do this, we have developed a method to reduce the diameter of the probes with hydrofluoric acid and a design to maintain the optical properties of the probes. This work is presented in the first article. The second article presents a system for guiding subretinal injections. Subretinal injection of drugs is a challenging surgical intervention aiming to restore and/or preserve the vision of patients suffering from retinal diseases. Nevertheless, the subretinal injection remains at the edge of human physiological capacity because of hand tremor and can be mitigated by drug reflux if the injection is not deep enough in the retina. We developed a system to guide the injection with a micromanipulator and give precise depth information to the surgeon with intraoperative OCT. To do so we first miniaturized an optical fiber OCT probe with the method presented in article 1, we were able to insert it into a cannula used clinically. The probe coupled to an OCT system that we have developed acquires an A-scan signal which enables to know the distance between the cannula and the retina but also to select the depth of the injection into the retinal layers. The cannula is attached to a micromanipulator that moves it inside the eye. An M-scan image is built with the OCT signal and the surgeon can directly select on the image the depth of the injection. We developed the interface on Labview. After selecting the injection target, the guidance program will move the cannula and inject the appropriate volume using a controllable pump.We have validated our guidance system on pig eyes ex-vivo. Out of 40 injections, 38 presented a retinal detachment, proof of a successful retinal injection, which represents a success rate of 95% (CI : 83.1 – 99.4). Thanks to an image processing algorithm, we also calculated the bleb volume under the retina after the injection, which we compared to the initial injected volume. We have found that 75% of the injected volume ends in the subretinal space. The third article presents for automatically stopping the vitrector during a vitrectomy. The occurrence of iatrogenic retinal breaks in pars plana vitrectomy is a complication that compromises the overall efficacy of the surgery. A subset of iatrogenic retinal break occurs when the retina is cut accidentally by the vitrector. We developed a smart vitrector that can detect in real-time potential accidental retinal cut and activate promptly a vitrectomy machine to prevent them. To do so an OCT probe is attached to the vitrector and will have the role of detecting if the vitrector sucks the retina and will damage these healthy tissues. The OCT probe acts as a presence detector in front of the vitrector opening, by comparing a reference signal with the live signal. This OCT signal comparison will control a robotic arm to operate the vitrector stop pedal. Thus, the surgeon does not need to interpret a signal, the decision to stop the vitrector due to the presence of the retina is taken automatically. This will greatly reduce, from 300 ms to 29 ms, the delay to stop the vitrector previously limited by the reaction time of the surgeon. We have developed the OCT probes, the OCT system, and the automatic shutdown algorithm for this system. We validated our system on in-vivo porcine eyes, two surgeons used the modified vitrector trying to damage retinal tissue. 70% (CI : 56.39 – 82.02) of surgeons’ retinal damage attempts were mitigated or prevented by our system. This project resulted in a patent ("Smart Vitrector", Provisional patent application, US 63109040).

Στο συγκεκριμένο ερευνητικό πρωτόκολλο μελετήθηκαν οι πιθανές ένοχες βλάβες σε φλεβικά μοσχεύματα ασθενών με οξέα στεφανιαία σύνδρομα με τη μέθοδο της Οπτικής Συνεκτικής Τομογραφίας (OCT). • Οι αθηροσκληρωτικές βλάβες των φλεβικών μοσχευμάτων έχουν μελετηθεί in vivo με τη μέθοδο της αγγειοσκόπησης και της ενδαγγειακής υπερηχογραφίας (IVUS). Απεναντίας, η απεικόνιση των μοσχευμάτων με τη μέθοδο της OCT, η οποία χαρακτηρίζεται από σημαντικά μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα σε σχέση με το IVUS και βελτιωμένη διεισδυτική ικανότητα συγκρινόμενη με την αγγειοσκόπηση, δεν έχει μελετηθεί συστηματικά. • Μέθοδος: Η απεικόνιση των ένοχων βλαβών των μοσχευμάτων πραγματοποιήθηκε, κατόπιν αγγειογραφίας τους, με τη μέθοδο χωρίς απόφραξη της OCT σε ασθενείς με ασταθή στηθάγχη (UA), έμφραγμα μυοκαρδίου με ανάσπαση του διαστήματος ST (STEMI) και έμφραγμα μυοκαρδίου χωρίς ανάσπαση του διαστήματος ST (non-STEMI). Ο ινώδης ιστός, ο λιπώδης ιστός, οι εναποθέσεις ασβεστίου, ο θρόμβος και η ρήξη της πλάκας ορίστηκαν σύμφωνα με τα κριτήρια απεικόνισης στοιχείων για την OCT, όπως περιγράφηκαν και στο γενικό μέρος. • Αποτελέσματα: Απεικονίστηκαν 28 φλεβικά μοσχεύματα (μέσης ηλικίας 14.6 ετών) σε 26 ασθενείς. Οι βλάβες χαρακτηρίστηκαν ως σύμπλοκες αγγειογραφικά σε ποσοστό 96.4%, ενώ εμφάνιζαν εξέλκωση σε ποσοστό 32.1% και θρόμβο σε ποσοστό 21.4%. Η OCT αποκάλυψε ινολιπώδη σύσταση σε όλες τις βλάβες, εναπόθεση ασβεστίου στο 32.1% των βλαβών, ρήξη πλάκας σε ποσοστό 60.7% και παρουσία θρόμβου σε ποσοστό 46.4%. Η παρουσία του θρόμβου ήταν προοδευτικά συχνότερη ανάμεσα στις ομάδες ανάλογα με το κλινικό τους σύνδρομο (UA έως STEMI, p=0.003, UA έναντι εμφράγματος μυοκαρδίου, p=0.006). Η λεπτή ινώδης κάψα καταγράφηκε οριακά συχνότερα στους ασθενείς με οξύ έμφραγμα μυοκαρδίου (UA έναντι εμφράγματος μυοκαρδίου, p=0.06, STEMI 100% έναντι non-STEMI 53.3% έναντι UA 20%, p=0.03). Βλάβες με στοιχεία ευθρυπτότητας, όπως απεικονίζονταν στην OCT παρουσιάζονταν σε ποσοστό 67.9%, χωρίς όμως συσχέτιση με την κλινική εικόνα. • Συμπέρασμα: Οι ένοχες βλάβες φλεβικών μοσχευμάτων μεγάλης ηλικίας ασθενών με οξέα στεφανιαία σύνδρομα, όπως αυτές απεικονίζονται στην OCT, εμφανίζουν ινολιπώδη σύσταση, σχετικά λεπτή ινώδη κάψα, ρήξη πλάκας και θρόμβο που συσχετίζονται με το κλινικό φάσμα των οξέων στεφανιαίων συνδρόμων. Αυτά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι οι ίδιοι μηχανισμοί αθηροσκλήρωσης που οδηγούν στην εμφάνιση οξέων στεφανιαίων συνδρόμων στα γηγενή στεφανιαία αγγεία, είναι πιθανόν να ενέχονται και στην πρόκληση οξέων στεφανιαίων συνδρόμων λόγω αποτυχίας των φλεβικών μοσχευμάτων. / This study sought to assess, with optical coherence tomography (OCT), presumably culprit atherosclerotic lesions of saphenous vein grafts (SVGs) in patients with acute coronary syndromes (ACS). Background: Atherosclerotic lesions of SVGs have been studied in vivo with angioscopy and intravascular ultrasound. However, imaging with OCT, which has a higher resolution than intravascular ultrasound and better penetration than angioscopy, has not been conducted systematically. Methods Using a nonocclusive OCT technique, we performed angiography and OCT of culprit SVG lesions in patients with unstable angina (UA), ST-segment elevation myocardial infarction (STEMI), and non-STEMI. Fibrous and fatty tissue, calcification, thrombus, and plaque rupture were defined according to OCT objective criteria. Results: Twenty-eight SVGs (average age 14.6 years) in 26 patients were imaged. Lesions on angiography were complex (96.4%), with ulceration in 32.1% and thrombus in 21.4%. OCT disclosed a fibrofatty composition in all lesions, calcification in 32.1%, plaque rupture in 60.7%, and thrombus in 46.4%. Thrombus was progressively more frequent across groups (UA to STEMI, p=0.003; UA vs. myocardial infarction, p=0.006). A thin fibrous cap was marginally more frequent in myocardial infarction patients (UA vs. myocardial infarction, p=0.06; STEMI 100% vs. non-STEMI 53.3% vs. UA 20%, p=0.03). OCT features of friability were present in 67.9% of SVGs not correlating with clinical presentation. Conclusions: OCT of culprit lesions of old SVGs in patients with ACS demonstrates fibrofatty composition, relatively thin fibrous cap, plaque rupture, and thrombus, which correlate with the clinical spectrum of ACS. This suggests that similar mechanisms with native vessels’ atherosclerosis may be involved in SVG-related ACS.

Les anthracyclines, comme la doxorubicine (DOX) ou la daunorubicine (DNR), sont utilisées dans le traitement d’une grande variété de cancers allant des lymphomes, au cancer du sein, en passant par certaines leucémies. Encore aujourd’hui, beaucoup pensent que les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive, toutefois, la plupart de ces mêmes personnes sont d’accord pour dire que la p-glycoprotéine est responsable d’exporter ces molécules hors de la cellule. Mais pourquoi une molécule aurait besoin d’un transporteur pour sortir de la cellule, et pas pour y entrer ? Qu’est-ce qui ferait que la diffusion passive fonctionnerait dans un sens, mais pas dans l’autre, d’autant que l’entrée des anthracyclines dans les cellules est très rapide ? Nous pensons qu’il existe bel et bien un transporteur responsable de faire passer les anthracyclines du milieu extracellulaire au cytoplasme, et nous voulons développer un modèle de levure qui permettrait de déterminer si une protéine, un transporteur, issue d’un autre organisme eucaryote est en mesure de transporter la DOX à l’intérieur de la cellule. Pour ce faire, nous avons rassemblé un groupe de mutants présentant une déficience dans l’absorption d’autres molécules chargées positivement telles que la bléomycine ou le NaD1 et avons déterminé le taux d’absorption de DOX de chacun de ces mutants. Les simples mutants sam3Δ ou dur3Δ n’ont montré qu’une faible réduction de l’absorption de DOX, voire, aucune, par rapport à la souche parentale. Si le double mutant sam3Δdur3Δ a montré une réduction relativement importante de l’absorption de DOX, c’est le mutant agp2Δ qui présentait la plus grande réduction d’absorption de DOX, ainsi qu’une résistance notable à son effet létal. Nous avons utilisé, par la suite, ce mutant pour exprimer, à l’aide d’un vecteur d’expression, une protéine du ver Caenorhabditis elegans, OCT-1 (CeOCT-1). Les résultats ont montré que cette protéine était en mesure de restaurer l’absorption de DOX, compromise chez le mutant agp2Δ ainsi que d’augmenter la sensibilité de la souche parentale à son effet létal, lorsqu’exprimée chez celle-ci. Cela suggère que CeOCT-1 est un transporteur fonctionnel de DOX et contredit également le dogme selon lequel les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive. / Anthracyclines such as doxorubicin (DOX) or daunorubicin (DNR) are used for treatment of a wide variety of cancers from lymphomas to breast cancer going through some leukemia. Still today, several people think that anthracyclines enter cells through passive diffusion, but these same people believe that the p-glycoprotein is involved in efflux of anthracyclines. We think that there is a transporter responsible for uptake of anthracyclines by cells and we want to develop a yeast model that would allow us to determine if protein from another eukaryote organism could be able to transport DOX into yeast cells. In order to do that, we gathered a group of mutants that are already known to be resistant to other positively charged molecules such as bleomycin and NaD1 and determined their ability to take up DOX. The simple mutants sam3Δ or dur3Δ showed no or slight decrease of DOX compared to parent. If the double mutant sam3Δdur3Δ showed rather significant uptake decrease, it is the agp2Δ that showed the grater decrease in DOX uptake as a resistance to its lethal effect. We used that mutant to express a protein from the worm Caenorhabditis elegans, OCT-1 (CeOCT-1). The results showed that this protein was able restore back the uptake of DOX that was compromised in agp2Δ and was also able to increase the sensitivity of the parent to its lethal effect. This leads us to believe that CeOCT-1 is functional transporter for DOX and goes against the dogma wherein anthracyclines enter the cells through passive diffusion.

A terapia fotodinâmica (PDT) é uma alternativa promissora de tratamento para lesões pré-cancerosas e para câncer de pele não-melanoma, como o carcinoma espinocelular, agressivo e potencialmente metastático. Visando melhorar a eficiência da terapia fotodinâmica de carcinoma espinocelular de pele, este estudo otimizou o tempo para início da terapia, avaliou a eficácia dos fotossensibilizadores ácido aminolevulínico (ALA- 20%) e o metil-ester aminolevulínico (MEALA-10%) e verificou o coeficiente de atenuação relativo à pele normal dos grupos experimentais, por meio de Tomografia por Coerência Óptica. Para a indução do tumor foi realizada a carcinogênese química (DMBA/TPA) por um período de 28 semanas. A espectroscopia de fluorescência foi utilizada para monitoração da emissão da molécula de protoporfirina IX, induzida pelo ALA e MEALA. A aquisição de dados a cada 30 minutos totalizando um período de 360 minutos, permitiu verificar a máxima incorporação de ALA e MEALA em 300 e 330 minutos após a aplicação, respectivamente. Após a otimização foi realizada a PDT, avaliação clínica, histopatológica e análise por OCT dos grupos experimentais, por meio das quais verificou-se maior eficiência do grupo tratado com MEALA. No período de 20 dias, o percentual de lesões com redução de área maior que 50%, foi de 33% na PDT com ALA e 83% para o MEALA. Os coeficientes de atenuação ópticos para os grupos com neoplasia foram maiores do que os do grupo controle. Os grupos tratados com PDT apresentaram valores de coeficiente de atenuação que se aproximam dos valores obtidos para a pele sadia, evidenciando a resposta ao tratamento. Entretanto para ambos os fotossensibilizadores utilizados, a PDT mostrou-se eficaz quando iniciada nos tempos determinados neste estudo, e a técnica de OCT mostrou-se uma potencial ferramenta na avaliação deste tratamento. / Photodynamic therapy (PDT) is a promising alternative for pre-cancerous lesions and non-melanoma skin cancer treatment as squamous cells carcinoma, which is aggressive and potentially metastatic. Aiming the improvement of photodynamic therapy efficiency for skin squamous cells carcinoma, this study has optimized the time to start the therapy, it also evaluated the effectiveness of the aminolevulinic acid (ALA-20%) and methyl-ester aminolevulinic (MEALA-10%) as photosensitizers as well as verified the optical attenuation coefficient relative to normal skin of the experimental groups by optical coherence tomography (OCT). A chemical carcinogenesis was performed (DMBA/TPA), by a period of 28 days. Fluorescence Spectroscopy was used to monitor the emission of protoporphyrin IX induced by ALA and MEALA. Signal acquisition was performed every 30 minutes for a total period of 360 minutes, showing a maximum incorporation of ALA and MEALA, 300 and 330 minutes after the application. PDT was conducted after the optimization of the irradiation time. Clinical and histopathologic evaluation and OCT analysis of the experimental groups showed higher efficiency of the MEALA-treated group. After 20 days of treatment, the percentage of lesions with area reduction greater than 50%, was 33% for the ALA group and 83% for the MEALA group. The optical attenuation coefficients for groups with cancer were higher than those in the control group. The groups treated with PDT presented attenuation coefficient values that are close to the values obtained for healthy skin, showing the positive response to the treatment. This study showed that PDT was effective for both photosensitizers when initiated at the times determined in this study, and OCT technique proved to be a potential tool in the assessment of this treatment.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:47:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 425647.pdf: 965959 bytes, checksum: 794201054a700986437cf5e168d9bfce (MD5) Previous issue date: 2010-06-25 / Esta tese aborda e problematiza a experi?ncia art?stica e a obra musical do violonista e compositor ga?cho Oct?vio Dutra (1884-1937). Uma das id?ias centrais desenvolvidas busca relacionar os contextos de cria??o das suas obras ? sua experi?ncia de media??o cultural dentro do campo da m?sica na cidade Porto Alegre. Parte-se do pressuposto de que sua forma??o, atua??o e obra caracterizaram-se pelo di?logo entre refer?ncias populares e eruditas e pela busca de aproxima??es entre tradi??o e modernidade no contexto de um campo art?stico em transforma??o e em vias de autonomiza??o. Para problematizar tais quest?es recorre-se primeiramente a uma revis?o bibliogr?fica nas ?reas da Hist?ria e da M?sica, com vistas a compreender como se deu a emerg?ncia e a consolida??o da m?sica popular brasileira em ?mbito nacional no per?odo investigado. Nesse sentido, aborda-se o modernismo musical, os contextos de desenvolvimento dos g?neros musicais e a experi?ncia pioneira de m?sicos mediadores durante a Primeira Rep?blica. No ?mbito regional, busca-se compreender a experi?ncia art?stica e as composi??es de Oct?vio Dutra no contexto de forma??o do campo musical na cidade de Porto Alegre. Nas primeiras d?cadas do s?culo vinte, este compositor experienciou o processo de institucionaliza??o do ensino musical, de moderniza??o urbana e o surgimento de novas tecnologias sonoras. Por fim, busca-se contextualizar e interpretar historicamente a produ??o musical de Oct?vio Dutra. Neste aspecto s?o analisadas as quest?es composicionais que envolvem a diversidade e a transforma??o dos g?neros musicais, bem como as representa??es do espa?o social urbano expressadas de forma expl?cita ou impl?cita no seu repert?rio, composto, editado e/ou gravado numa cronologia que abarca os anos de 1900 ? 1935.

This master's thesis deals with the design of a differential high-gain transimpedance amplifier in TSMC's 0.18 um mixed signal process that utilizes a DC photodiode current cancellation loop and a switching automatic gain control (AGC) with a bilinear gain curve. The amplifier is designed to satisfy the demands of Optical Coherence Tomography applications where the receiver is expected to measure the envelope power of an amplitude modulated sinusoidal optical signal that incorporates a large DC component. Methods of increasing dynamic range and gain linearity through the use of DC photodiode current cancellation and bilinear gain are explored. Effects of changing DC photodiode current on the overall system response is also demonstrated.

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Human C-reactive protein (CRP) is the prototypic acute phase protein whose serum concentration increases rapidly during inflammation. CRP is also associated with atherosclerosis; it is deposited at lesion sites where it may interact with modified lipoproteins. There are 2 major questions regarding CRP: 1. How is the serum concentration of CRP regulated? 2. What are the functions of CRP in atherosclerosis? Our first aim was to determine the role of the constitutively expressed transcription factor Oct-1 in regulating CRP gene expression. We found that Oct-1 overexpression inhibited (IL-6+IL-1β)- induced CRP gene expression; maximal inhibition required the binding of Oct-1 to an octamer motif at (-59 to -66) on the CRP promoter. Oct-1 overexpression inhibited both (IL-6+IL-1β)- induced and C/EBPβ-induced CRP gene expression even when the Oct-1 site was deleted. These findings suggest that Oct-1 is a repressor of CRP gene expression that acts via binding to its cognate site on the CRP promoter as well as through indirect interactions with other promoterbound transcription factors. Our second aim was to investigate the interaction of CRP with oxidized low density lipoprotein (ox-LDL). Acidic pH, a hallmark of atherosclerotic lesions, reversibly alters CRP structure and exposes a hidden binding site that enables CRP to bind ox-LDL. Using site-directed mutagenesis we constructed a CRP mutant (E42Q) that showed significant binding to ox-LDL at physiological pH. E42Q CRP required a less acidic pH for maximal binding and bound ox-LDL more efficiently than wild type CRP at any pH. We then examined if reactive oxygen species also induced CRP – ox-LDL interaction. H2O2-treated CRP bound ox-LDL at physiological pH. Like acidic pH, H2O2-treatment induced only a local structural change exposing the ox-LDL binding site. E42Q and H2O2-modified CRP are tools to study the function of CRP in animal models of atherosclerosis, which may not have an inflammatory environment sufficient to modify CRP and induce binding to atherogenic ox-LDL. We conclude that Oct-1 is one of the critical regulators of CRP gene expression, and that CRP can be modified in vitro to convert it into an atherogenic LDL-binding molecule.

Currently available methods for managing glaucoma, e.g. the planimetry on stereo disc photographs, involve a subjective component either by the patient or examiner. In addition, a few structures may overlap together on the essential 2-D images, which can decrease reproducibility. Spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT) provides a 3-D, cross-sectional, microscale depiction of biological tissues. Given the wealth of volumetric information at microscale resolution available with SD-OCT, it is likely that better parameters can be obtained for measuring glaucoma changes that move beyond what is possible using fundus photography etc. The neural canal opening (NCO) is a 3-D single anatomic structure in SD-OCT volumes. It is proposed as a basis for a stable reference plane from which various optic nerve morphometric parameters can be derived. The overall aim of this Ph.D. project is to develop a framework to segment the 3-D NCO and its related structure retinal vessels using information from SD-OCT volumes and/or fundus photographs to aid the management of glaucoma changes. Based on the mutual positional relationship of the NCO and vessels, a multimodal 3-D scale-learning-based framework is developed to iteratively identify them in SD-OCT volumes by incorporating each other's pre-identified positional information. The algorithm first applies a 3-D wavelet-transform-learning-based layer segmentation and pre-segments the NCO using graph search. To aid a better NCO detection, the vessels are identified either using a SD-OCT segmentation approach incorporating the presegmented NCO positional information to the vessel classification or a multimodal approach combining the complementary features from SD-OCT volumes and fundus photographs (or a registered-fundus approach based on the original fundus vessel segmentation). The obtained vessel positional information is then used to help enhance the NCO segmentation by incorporating that to the cost function of graph search. Note that the 3-D wavelet transform via lifting scheme has been used to remove high frequency noises and extract texture properties in SD-OCT volumes etc. The graph search has been used for finding the optimal solution of 3-D multiple surfaces using edge and additionally regional information. In this work, the use of the 3-D wavelet-transform-learning-based cost function for the graph search is a further extension of the 3-D wavelet transform and graph search. The major contributions of this work include: 1) extending the 3-D graph theoretic segmentation to the use of 3-D scale-learning-based cost function, 2) developing a graph theoretic approach for segmenting the NCO in SD-OCT volumes, 3) developing a 3-D wavelet-transform-learning-based graph theoretic approach for segmenting the NCO in SD-OCT volumes by iteratively utilizing the pre-identified NCO and vessel positional information (from 4 or 5), 4) developing a vessel classification approach in SD-OCT volumes by incorporating the pre-segmented NCO positional information to the vessel classification to suppress the NCO false positives, and 5) developing a multimodal concurrent classification and a registered-fundus approach for better identifying vessels in SD-OCT volumes using additional fundus information.

CE TRAVAIL AVAIT POUR OBJECTIF DE MONTRER LA POSSIBILITE D'UTILISER DES METHODES OPTIQUES DANS L'INVESTIGATION BIOPHYSIQUE NON INVASIVE DU SYNDROME CUTANE D'IRRADIATION AIGUË, POUR DES DOSES D'IRRADIATION RELATIVEMENT FAIBLES. <br /> LA PREMIERE PARTIE REVIENT SUR LES MOTIVATIONS QUI ONT ABOUTI AU CHOIX DE LA POLARISATION COMME AGENT DE CONTRASTE DANS LE CADRE DE CETTE ETUDE. NOUS AVONS ALORS OPTE POUR LA POLARIMETRIE DE MUELLER, TECHNIQUE ADAPTEE A L'ETUDE D'UN MILIEU DEPOLARISANT TEL QUE LA PEAU.<br /> LA DEUXIEME PARTIE POSE LES BASES THEORIQUES DANS L'INTERPRETATION DES RESULTATS OBTENUS A PARTIR DE LA MESURE DE LA MATRICE DE MUELLER D'UN MILIEU. LA LECTURE DE CETTE DERNIERE N'ETANT PAS IMMEDIATE, UN ALGORITHME DE DECOMPOSITION ET DE CLASSIFICATION DES MATRICES DE MUELLER DEPOLARISANTES ET NON DEPOLARISANTES A ETE DEVELOPPE. CELUI-CI EST VALIDE SUR UNE SERIE D'ECHANTILLONS DE NATURES TRES DIVERSES.<br /> LA TROISIEME PARTIE PRESENTE LE POLARIMETRE ET LES RESULTATS, ANGULAIRES ET SPECTRAUX, OBTENUS SUR DES ECHANTILLONS DE PEAU IRRADIES OU IL N'Y A AUCUN SIGNE CLINIQUE VISIBLE. EN UTILISANT L'ALGORITHME PRECEDENT NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE DEUX AGENTS DE CONTRASTE POLARIMETRIQUE QUI SEULS OU COMBINES APPORTENT UNE INFORMATION SUR LE TAUX D'IRRADIATION. CES RESULTATS SONT CONFORTES PAR UNE ETUDE HISTOLOGIQUE MENEE EN PARALLELE PAR L'IRSN. NOUS AVONS AINSI MONTRE QUE LA POLARISATION PEUT ETRE UN AGENT DE CONTRASTE POUR DE FAIBLES DOSES D'IRRADIATION.<br /> LA DERNIERE PARTIE MONTRE L'INTERET D'UTILISER EN COMPLEMENT A LA POLARIMETRIE UNE METHODOLOGIE D'OPTIQUE COHERENTE (SPECKLE, TOMOGRAPHIE PAR COHERENCE OPTIQUE) POUR LOCALISER LES ALTERATIONS CUTANEES.