Incipient fault detection and isolation of sensors and field devices

The purpose of this research is to develop a robust fault detection and isolation method, for detecting faults in process sensors, actuators, controllers and other field devices. The approach to the solution to this problem is summarized below. A novel approach for the validation of control system components and sensors was developed in this research. The process is composed of detecting a system anomaly, isolating the faulty component (such as sensors, actuators, and controllers), computing its deviation from expected value for a given system\u27s normal condition, and finally reconstructing its output when applicable. A variant of the Group Method of Data Handling (GMDH) was developed in this research for generating analytical redundancy from relationships among different system components. A rational function approximation was used for the data-driven modeling scheme. This analytical redundancy is necessary for detecting system anomalies and isolating faulty components. A rule-base expert system was developed in order to isolate the faulty component. The rule-based was established from model-simulated data. A fuzzy-logic estimator was implemented to compute the magnitude of the loop component fault so that the operator or the controller might take corrective actions. This latter engine allows the system to be operated in a normal condition until the next scheduled shutdown, even if a critical component were detected as degrading. The effectiveness of the method developed in this research was demonstrated through simulation and by implementation to an experimental control loop. The test loop consisted of a level control system, flow, pressure, level and temperature measuring sensors, motor-operated valves, and a pump. Commonly observed device faults were imposed in different system components such as pressure transmitters, pumps, and motor-operated valves. This research has resulted in a framework for system component failure detection and isolation, allowing easy implementation of this method in any process control system (power plants, chemical industry, and other manufacturing industry). The technique would also aid the plant personnel in defining the minimal number of sensors to be installed in a process system, necessary for reliable component validation

АНАЛІЗ ПОШИРЕНОСТІ І ЗАХВОРЮВАНОСТІ НА БРОНХІАЛЬНУ АСТМУ ТА СТАНУ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ В ОДЕСЬКОМУ РЕГІОНІ ПРОТЯГОМ 2006–2016 РОКІВ

The aim of our study was to analyze the prevalence and incidence of bronchial asthma among adults in the Odesa region during 2006–2016 and assess the epidemiological situation by the ratio to the anthropogenic air pollutants by the main industrial pollutants.Material and Methods. A retrospective analysis of the reporting documentation of the Department of Health of the Odesa Regional State Administration on the prevalence of bronchial asthma among the adult population of the Odesa region during the period from 2006 to 2016 was conducted. The data of the annual reports of the Ministry of Ecology and Natural Resources of Ukraine on the state of the environment since 2010 to 2016 were analyzed and the analysis of industrial loads of atmospheric air by the main anthropogenic pollutants in the Odesa region during this period was implemented. The levels of the prevalence and incidence of bronchial asthma were correlated with the dynamics of the volumes of anthropogenic air pollution.Results. The prevalence and incidence of bronchial asthma among the adult population significantly exceeded the average for Ukraine during our study. At the same time, exceeding the permissible concentrations of a number of specific man-made pollutants were observed, which could have a negative effect on the state of the respiratory system and contribute to the development of bronchial asthma.Among the most dangerous air pollutants cannot but mention such harmful substances as formaldehyde, phenol, carbon black and sulfuretted hydrogen, the concentrations of which in the Odesa region for many years exceed the maximum permissible concentrations. This is confirmed by the fact that the prevalence and incidence of bronchial asthma is higher in the cities of the region where important industrial facilities are concentrated than in rural areas. Incidence of bronchial asthma were correlated with the dynamics of the volumes of atmospheric air pollution. Thus, the increase in emissions of anthropogenic pollutants coincided with the increase in the incidence of bronchial asthma in the region.Conclusions. There is a clear correlation between the dynamics of the incidence of bronchial asthma and the level of anthropogenic air loads by the main industrial pollutants, since the peaks of pollution and incidence coincide in time.Целью нашего исследования было провести анализ распространенности и заболеваемости бронхиальной астмой среди взрослого населения в Одесском регионе в течение 2006–2016 годов и оценить эпи­демиологическую ситуацию по соотношению к техногенной нагрузке атмосферного воздуха основными промышленными загрязнителями.Материал и методы. Проведен ретроспективный анализ отчетной документации Департамента здравоохра­нения Одесской областной государственной администрации по распространенности бронхиальной астмы среди взрослого населения Одесского региона за период с 2006 по 2016 год. Также были проанализированы данные годовых отчетов Министерства экологии и природных ресурсов Украины о состоянии окружающей природной среды за 2010–2016 годы и проведен анализ техногенной нагрузки атмосферного воздуха основными промыш­ленными загрязнителями в Одесском регионе за этот период. Уровни показателей заболеваемости и распространенности бронхиальной астмы соотносились с динамикой объемов техногенного загрязнения атмосферного воздуха.Результаты. За проанализированный период в Одесском регионе показатели распространенности и заболеваемости бронхиальной астмой среди взрослого населения значительно превысили средние показатели по Украине. При этом в атмосферном воздухе отмечалось превышение предельно допустимых концентраций ряда специфических техногенных загрязнителей, способных оказывать негативное влияние на состояние дыхательной системы и способствовать развитию бронхиальной астмы.Среди наиболее опасных загрязнителей атмосферного воздуха следует отметить такие вредные вещества как формальдегид, фенол, сажу и сероводород, концентрации которых в Одесском регионе в течение многих лет превышают предельно допустимые. Это подтверждает и факт того, что уровень распространенности и заболеваемости бронхиальной астмой выше в городах региона, где сосредоточены важные промышленные объекты, чем в сельской местности. Уровни показателей заболеваемости бронхиальной астмой соотносились с динамикой объемов загрязнения атмосферного воздуха. Так, увеличение объемов выбросов техногенных загрязнителей совпадали по времени с ростом заболеваемости бронхиальной астмой в регионе.Выводы. Прослеживается четкая взаимосвязь между динамикой заболеваемости бронхиальной астмой и уровнем техногенной нагрузки атмосферного воздуха основными промышленными загрязнителями, так как пики загрязнения и заболеваемости совпадают во времени.Метою нашого дослідження було провести аналіз поширеності та захворюваності на бронхіальну астму серед дорослого населення в Одеському регіоні протягом 2006–2016 рр. та оцінити епідеміологічну ситуацію по співвідношенню до техногенного навантаження атмосферного повітря основними промисловими забруднювачами.Матеріал і методи. Проведено ретроспективний аналіз звітної документації Департаменту охорони здоров’я Одеської обласної державної адміністрації щодо поширеності бронхіальної астми серед дорослого населення Одеського регіону за період з 2006 по 2016 рік. Також були проаналізовані дані річних звітів Міністерства екології та природних ресурсів України щодо стану навколишнього природного середовища за 2010–2016 роки та прове­дений аналіз техногенного навантаження атмосферного повітря основними промисловими забруднювачами в Одеському регіоні за цей період. Рівні показників поширеності та захворюваності на бронхіальну астму спів­відносяться з динамікою обсягів техногенного забруднення атмосферного повітря.Результати. За проаналізований період в Одеському регіоні показники поширеності та захворюваності на бронхіальну астму серед дорослого населення значно перевищили середні показники по Україні. При цьому в атмосферному повітрі відмічалися перевищення гранично допустимих концентрацій ряду специфічних техноген­них забруднювачів, здатних чинити негативний вплив на стан дихальної системи та сприяти розвитку бронхіальної астми.Серед найнебезпечніших забруднювачів атмосферного повітря були такі шкідливі речовини як формальдегід, фенол, сажа та сірководень, концентрації яких в Одеському регіоні впродовж багатьох років перевищують гра­нично допустимі. Це підтверджує також факт того, що рівень поширеності та захворюваності на бронхіальну астму є вищим у містах регіону, де зосереджені важливі промислові об'єкти, ніж у сільській місцевості. Рівні показників захворюваності на бронхіальну астму співвідносяться з динамікою обсягів забруднення атмо­сферного повітря. Так, збільшення об’ємів викидів техногенних забруднювачів збігалося у часі зі зростанням захворюваності на бронхіальну астму у регіоні.Висновки. Простежується чіткий взаємозв’язок між динамікою захворюваності на бронхіальну астму та рівнем техногенного навантаження атмосферного повітря основними промисловими забруднювачами, оскільки піки забруднення та захворюваності збігаються в часі

Intelligent image-based in situ single-cell isolation

Quantifying heterogeneities within cell populations is important for many fields including cancer research and neurobiology; however, techniques to isolate individual cells are limited. Here, we describe a high-throughput, non-disruptive, and cost-effective isolation method that is capable of capturing individually targeted cells using widely available techniques. Using high-resolution microscopy, laser microcapture microscopy, image analysis, and machine learning, our technology enables scalable molecular genetic analysis of single cells, targetable by morphology or location within the sample.Peer reviewe

Metabotropic Glutamate Receptors Protect Oligodendrocytes from Acute Ischemia in the Mouse Optic Nerve.

Studies by Bruce Ransom and colleagues have made a major contribution to show that white matter is susceptible to ischemia/hypoxia. White matter contains axons and the glia that support them, notably myelinating oligodendrocytes, which are highly vulnerable to ischemic-hypoxic damage. Previous studies have shown that metabotropic GluRs (mGluRs) are cytoprotective for oligodendrocyte precursor cells and immature oligodendrocytes, but their potential role in adult white matter was unresolved. Here, we report that group 1 mGluR1/5 and group 2 mGluR3 subunits are expressed in optic nerves from mice aged postnatal day (P)8-12 and P30-35. We demonstrate that activation of group 1 mGluR protects oligodendrocytes against oxygen-glucose deprivation (OGD) in developing and young adult optic nerves. In contrast, group 2 mGluR are shown to be protective for oligodendrocytes against OGD in postnatal but not young adult optic nerves. The cytoprotective effect of group 1 mGluR requires activation of PKC, whilst group 2 mGluR are dependent on negatively regulating adenylyl cyclase and cAMP. Our results identify a role for mGluR in limiting injury of oligodendrocytes in developing and young adult white matter, which may be useful for protecting oligodendrocytes in neuropathologies involving excitoxicity and ischemia/hypoxia

Development of neocortical transplants in the cerebellum of adult rats

The aim of this investigation was to study the time course and pattern of neural transplant development, along with the sequence of afferent ingrowth to the transplants from the host parenchyma. Seventeen day embryonic neocortical tissue was transplanted into the right cerebellar hemisphere of adult host rats. After survival times of 1 day to 6 months, the host brains were processed for various histological stains to permit visualization of the developmental events. The results of this study demonstrate that the technique of neural transplantation causes damage to the transplant and the host parenchyma, initiating histopathological changes that accompany the phenomena of transplant development and integration. C-V and H&E preparations indicated that these changes began within 24 hours after surgery within the neural transplants, which thereafter exhibited phases of (a) regression, as those transplant cells traumatized by the surgical manipulation became necrotic and died, (b) recovery, as the necrosis and blood were cleared and the viable portions of the transplant became attached to the host parenchyma, (c) resumed volumetric growth, attributable to the proliferation of surviving neuroepithelial cells and the differentiation and dispersion of neuroblasts, which promoted the integration of the transplant with the cerebellum. Within the host, evidence of damage to cerebellar neurons, glia, and axons from the surgical procedure was observed in regions surrounding the transplant in Fink-Heimer preparations beginning on day 1. In addition, terminal degeneration within the deep cerebellar nuclei, noted on day 5, provided further evidence of trauma to the intrinsic cerebellar circuitry as a result of the surgical manipulation. A third locus of axonal degeneration, in folia not immediately apposed to the transplant, was noted between days 9 and 30. The persistence of degeneration within the host suggested the influence of a secondary source of trauma, one introduced by the volumetric growth of the transplants. This process served to compress host fibers, sever them from their perikarya, and/or gradually deprive them of their normal sites of termination. Yet, it also stimulated some host axons into a new growth phase, demonstrated by growth cones found near interface regions. This plastic response on the part of the host, though weak, culminated in the development of afferent ingrowth to the transplants, observed initially on day 15 and persisting after 6 months

Expression of Kir2.1 Inward Rectifying Potassium Channels in Optic Nerve Glia: Evidence for Heteromeric Association with Kir4.1 and Kir5.1

Inward rectifying potassium (Kir) channels comprise a large family with diverse biophysical properties. A predominant feature of central nervous system (CNS) glia is their expression of Kir4.1, which as homomers are weakly rectifying channels, but form strongly rectifying channels as heteromers with Kir2.1. However, the extent of Kir2.1 expression and their association with Kir4.1 in glia throughout the CNS is unclear. We have examined this in astrocytes and oligodendrocytes of the mouse optic nerve, a typical CNS white matter tract. Western blot and immunocytochemistry demonstrates that optic nerve astrocytes and oligodendrocytes express Kir2.1 and that it co-localises with Kir4.1. Co-immunoprecipitation analysis provided further evidence that Kir2.1 associate with Kir4.1 and, moreover, Kir2.1 expression was significantly reduced in optic nerves and brains from Kir4.1 knock-out mice. In addition, optic nerve glia express Kir5.1, which may associate with Kir2.1 to form silent channels. Immunocytochemical and co-immunoprecipitation analyses indicate that Kir2.1 associate with Kir5.1 in optic nerve glia, but not in the brain. The results provide evidence that astrocytes and oligodendrocytes may express heteromeric Kir2.1/Kir4.1 and Kir2.1/Kir5.1 channels, together with homomeric Kir2.1 and Kir4.1 channels. In astrocytes, expression of multiple Kir channels is the biophysical substrate for the uptake and redistribution of K+ released during neuronal electrical activity known as ‘potassium spatial buffering’. Our findings suggest a similar potential role for the diverse Kir channels expressed by oligodendrocytes, which by way of their myelin sheaths are intimately associated with the sites of action potential propagation and axonal K+ release

Анализ распространенности и заболеваемости бронхиальной астмой и состояния атмосферного воздуха в одесском регионе в течение 2006–2016 годов

Метою нашого дослідження було провести аналіз поширеності та захворюваності на бронхіальну астму серед дорослого населення в Одеському регіоні протягом 2006–2016 рр. та оцінити епідеміологічну ситуацію по співвідношенню до техногенного навантаження атмосферного повітря основними промисловими забруднювачами. Проведено ретроспективний аналіз звітної документації Департаменту охорони здоров’я Одеської обласної державної адміністрації щодо поширеності бронхіальної астми серед дорослого населення Одеського регіону за період з 2006 по 2016 рік. Також були проаналізовані дані річних звітів Міністерства екології та природних ресурсів України щодо стану навколишнього природного середовища за 2010–2016 роки та проведений аналіз техногенного навантаження атмосферного повітря основними промисловими забруднювачами в Одеському регіоні за цей період. Рівні показників поширеності та захворюваності на бронхіальну астму співвідносяться з динамікою обсягів техногенного забруднення атмосферного повітря.The aim of our study was to analyze the prevalence and incidence of bronchial asthma among adults in the Odesa region during 2006–2016 and assess the epidemiological situation by the ratio to the anthropogenic air pollutants by the main industrial pollutants. A retrospective analysis of the reporting documentation of the Department of Health of the Odesa Regional State Administration on the prevalence of bronchial asthma among the adult population of the Odesa region during the period from 2006 to 2016 was conducted. The data of the annual reports of the Ministry of Ecology and Natural Resources of Ukraine on the state of the environment since 2010 to 2016 were analyzed and the analysis of industrial loads of atmospheric air by the main anthropogenic pollutants in the Odesa region during this period was implemented. The levels of the prevalence and incidence of bronchial asthma were correlated with the dynamics of the volumes of anthropogenic air pollution.Целью нашего исследования было провести анализ распространенности и заболеваемости бронхиальной астмой среди взрослого населения в Одесском регионе в течение 2006–2016 годов и оценить эпидемиологическую ситуацию по соотношению к техногенной нагрузке атмосферного воздуха основными промышленными загрязнителями. Проведен ретроспективный анализ отчетной документации Департамента здравоохранения Одесской областной государственной администрации по распространенности бронхиальной астмы среди взрослого населения Одесского региона за период с 2006 по 2016 год. Также были проанализированы данные годовых отчетов Министерства экологии и природных ресурсов Украины о состоянии окружающей природной среды за 2010–2016 годы и проведен анализ техногенной нагрузки атмосферного воздуха основными промышленными загрязнителями в Одесском регионе за этот период. Уровни показателей заболеваемости и распространенности бронхиальной астмы соотносились с динамикой объемов техногенного загрязнения атмосферного воздуха