Boosting transducer matrix sensitivity for 3D large field ultrasound localization microscopy using a multi-lens diffracting layer: a simulation study

Mapping blood microflows of the whole brain is crucial for early diagnosis of cerebral diseases. Ultrasound localization microscopy (ULM) was recently applied to map and quantify blood microflows in 2D in the brain of adult patients down to the micron scale. Whole brain 3D clinical ULM remains challenging due to the transcranial energy loss which significantly reduces the imaging sensitivity. Large aperture probes with a large surface can increase both resolution and sensitivity. However, a large active surface implies thousands of acoustic elements, with limited clinical translation. In this study, we investigate via simulations a new high-sensitive 3D imaging approach based on large diverging elements, combined with an adapted beamforming with corrected delay laws, to increase sensitivity. First, pressure fields from single elements with different sizes and shapes were simulated. High directivity was measured for curved element while maintaining high transmit pressure. Matrix arrays of 256 elements with a dimension of 10x10 cm with small ( $\lambda$ /2), large (4 $\lambda$ ), and curved elements (4 $\lambda$ ) were compared through point spread functions analysis. A large synthetic microvessel phantom filled with 100 microbubbles per frame was imaged using the matrix arrays in a transcranial configuration. 93% of the bubbles were detected with the proposed approach demonstrating that the multi-lens diffracting layer has a strong potential to enable 3D ULM over a large field of view through the bones

Role Recognition in Multiparty Recordings using Social Affiliation Networks and Discrete Distributions

This paper presents an approach for the recognition of roles in multiparty recordings. The approach includes two major stages: extraction of Social Affiliation Networks (speaker diarization and representation of people in terms of their social interactions), and role recognition (application of discrete probability distributions to map people into roles). The experiments are performed over several corpora, including broadcast data and meeting recordings, for a total of roughly 90 hours of material. The results are satisfactory for the broadcast data (around 80 percent of the data time correctly labeled in terms of role), while they still must be improved in the case of the meeting recordings (around 45 percent of the data time correctly labeled). In both cases, the approach outperforms significantly chance

Canal9: A database of political debates for analysis of social interactions

Automatic analysis of social interactions attracts major attention in the computing community, but relatively few benchmarks are available to researchers active in the domain. This paper presents a new, publicly available, corpus of political debates including not only raw data, but a rich set of socially relevant annotations such as turn-taking (who speaks when and how much), agreement and disagreement between participants, and role played by people involved in each debate. The collection includes 70 debates for a total of 43 hours and 10 minutes of material

Role Recognition in Multiparty Recordings using Social Affiliation Networks and Discrete Distributions

This paper presents an approach for the recognition of roles in multiparty recordings. The approach includes two major stages: extraction of Social Affiliation Networks (speaker diarization and representation of people in terms of their social interactions), and role recognition (application of discrete probability distributions to map people into roles). The experiments are performed over several corpora, including broadcast data and meeting recordings, for a total of roughly 90 hours of material. The results are satisfactory for the broadcast data (around 80 percent of the data time correctly labeled in terms of role), while they still must be improved in the case of the meeting recordings (around 45 percent of the data time correctly labeled). In both cases, the approach outperforms significantly chance

Role Recognition for Meeting Participants: an Approach Based on Lexical Information and Social Network Analysis

This paper presents experiments on the automatic recognition of roles in meetings. The proposed approach combines two sources of information: the lexical choices made by people playing different roles on one hand, and the Social Networks describing the interactions between the meeting participants on the other hand. Both sources lead to role recognition results significantly higher than chance when used separately, but the best results are obtained with their combination. Preliminary experiments obtained over a corpus of 138 meeting recordings (over 45 hours of material) show that around 70% of the time is labeled correctly in terms of role

Regulation of the cardiac voltage-gated Na+ channel (H1) by the ubiquitin-protein ligase Nedd4

AbstractThe cardiac voltage-gated Na+ channel H1, involved in the generation of cardiac action potential, contains a C-terminal PY motif (xPPxY). Since PY motifs are known ligands to WW domains, we investigated their role for H1 regulation and the possible involvement of the WW domain containing ubiquitin-protein ligase Nedd4, taking advantage of the Xenopus oocyte system. Mutation of the PY motif leads to higher peak currents when compared to wild-type channel. Moreover, co-expression of Nedd4 reduced the peak currents, whereas an enzymatically inactive Nedd4 mutant increased them, likely by competing with endogenous Nedd4. The effect of Nedd4 was not observed in the PY motif mutated channel or in the skeletal muscle voltage-gated Na+ channel, which lacks a PY motif. We conclude that H1 may be regulated by Nedd4 depending on WW–PY interaction, and on an active ubiquitination site

L’Indice de Biodiversité Potentielle (IBP) dans les SLDF. Synthèse de 12 projets

Les 7 et 8 avril 2015 à Paris, le ministère de l'Ecologie a organisé, avec l'appui de la Fédération nationale des Communes forestières et en lien avec la Fédération des Parcs naturels régionaux, le séminaire de clôture de l'appel à projet sur « la prise en compte de la biodiversité dans les Stratégies locales de développement forestier (SLDF) ». Les SLDF désignent des outils de développement tels que les Chartes forestières de territoires (CFT) et les Plans de Développement de Massif (PDM). Animatrice du réseau des CFT, la Fédération nationale des Communes forestières a suivi l'appel à projet depuis son lancement en 2012, dans le cadre de la Stratégie nationale de la Biodiversité (SNB). En présence des ministères en charge de la biodiversité (MEDDE) et de la forêt (MAAF), ce séminaire a d'abord présenté un panorama des projets réalisés. Les objectifs: évaluer les résultats, les facteurs de réussites et les difficultés rencontrées, valoriser les expériences menées et en tirer des enseignements pour une diffusion des méthodes et des pratiques pour d'autres territoires. Ont ainsi témoigné des porteurs de démarches territoriales forêt-bois, des élus et des acteurs de l'environnement et de la recherche. La qualité des projets en termes de partenariat, de sensibilisation sur le terrain et de dialogue entre les différents acteurs a été unanimement soulignée. Les collectivités locales ont été identifiées comme cheffes de file de ces initiatives pionnières. L'accent a été mis la première journée sur les moyens de connaissance de la biodiversité et sa prise en compte dans la gestion forestière : production de données, d'informations et appropriation par les acteurs concernés. Mais aussi la diffusion de cette connaissance, notamment auprès des professionnels de la filière comme les Entrepreneurs de Travaux forestiers (ETF) et sa concrétisation dans les documents de gestion forestière: plans simples de gestion, documents d'aménagement. Pour poursuivre ces démarches, un lien plus fort doit être créé entre les territoires forestiers et la recherche qui dispose de méthodes et de connaissances approfondies, notamment sur les questions climatiques. Les retours d'expériences ont confirmé la nécessité d'intégrer la biodiversité dans des démarches plus transversales. Elle ne doit pas être "sacralisée" en forêt mais "socialisée", ont rappelé plusieurs intervenants. De plus, ces démarches doivent être incitatives plutôt que prescriptives et règlementaires. Il faut "donner envie" et même proposer des outils "ludiques", adaptés à un public large de propriétaires. Les projets ont aussi montré que la biodiversité apporte une vraie plus-value économique sur les territoires: résilience des forêts, respect des sols et qualité de l'eau, meilleure adaptation aux changements climatiques. Un bon exemple : les Projets Sylvicoles Territoriaux (PST) de la région Rhône-Alpes vise, au-delà de la production de bois d'œuvre, à optimiser les services écosystémiques rendus par la forêt et à décloisonner les approches : prise en compte dans les actions sylvicoles du carbone, de l'eau, de la biodiversité, des paysages ou encore des besoins économiques de la filière locale. La dernière journée était consacrée à la présentation des outils et des financements européens ainsi que les politiques publiques menées en France en faveur de la biodiversité. Les participants ont souligné que les actions pionnières menées sur le terrain nécessitent une animation importante et demande des moyens. Dans ce domaine, les Régions apparaissent comme les pilotes des futures politiques publiques de la biodiversité en cohérence attendue avec la politique nationale. Michaël Weber, vice-président de la Fédération des Parcs Naturels Régionaux et président de l'association des Communes forestières de Moselle, a ajouté que "les communes forestières, en tant que propriétaires de forêts et acteur indispensable des territoires, étaient au carrefour de ces préoccupations et force de concertation"

3D ultrasound localization microscopy using a large element matrix array with a multi-lens diffracting layer : transcranial imaging application

Le réseau vasculaire humain est un système complexe multi-échelles, allant de plusieurs millimètres pour les plus grosses artères à quelques micromètres pour les plus petits vaisseaux. Ce réseau fournit les nutriments et le dioxygène aux organes. Il est donc fortement lié aux fonctions des organes et à leur état de santé. Dans le cas du cerveau, les pathologies neuro-vasculaires sont généralement diagnostiquées à des stades ultérieurs à des évènements cérébraux et à l'apparition de symptômes aigus. Ces limitations cliniques sont principalement imputées aux systèmes d’imagerie de la vascularisation cérébrale, majoritairement réalisée par tomodensitométrie et par imagerie par résonance magnétique. Ces techniques d'imagerie sont difficiles d’accès à cause de leurs coûts importants et elles sont limitées à une résolution millimétrique qui ne permet pas d’accéder à la microcirculation.Pour permettre un diagnostic précoce, la capacité à imager en 3D sur de larges champs de vue, la morphologie et la dynamique du réseau vasculaire à une résolution spatiale micrométrique est essentielle. L’imagerie par ultrason permettrait de répondre à un besoin clinique important pour l’imagerie du réseau vasculaire cérébrale. Son accessibilité et sa capacité à imager le flux sanguin (grâce à sa très bonne résolution temporelle) en font un excellent candidat. Néanmoins, à ce jour, aucun système d’imagerie ultrasonore ne permet de faire une imagerie transcrânienne de l’ensemble du cerveau. Plusieurs barrières technologiques restent à lever dont la sensibilité des transducteurs ultrasonores, la capacité à imager des volumes suffisamment larges et la complexité des systèmes d’imagerie ultrarapide 3D.L’objectif de cette thèse est de concevoir un nouveau concept de sonde échographique de haute sensibilité pour l’imagerie super-résolue transcrânienne 3D à large champ de vue. Cette thèse s’appuie sur l’utilisation des techniques de microscopie par localisation ultrasonore (ULM) basée sur l’injection de microbulles dans le réseau vasculaire pour reconstruire des images super-résolues. Nous avons proposé un nouveau concept de sonde multi-lentilles à larges éléments. L’utilisation de larges éléments multi-lentilles nous permet de bénéficier d’une large surface de sonde (10x10cm2) à nombre réduit d’éléments (256), et de pouvoir imager de larges volumes 3D (10x10x10cm3). Les larges éléments permettent également l’augmentation de la sensibilité grâce aux larges surfaces actives des éléments individuels. L’utilisation de multi-lentilles divergentes permet de diminuer la forte directivité des larges éléments pour maintenir une bonne capacité de focalisation, nécessaire à la reconstruction d’image.Par simulation, nous avons étudié et déterminé les différents paramètres d’une sonde multi-lentilles à larges éléments pilotée à basse fréquence (1MHz). Un cadre de simulation a été proposé pour simuler un fantôme dynamique pour l’imagerie ULM 3D. Nous avons démontré les capacités et les performances d’imagerie ULM 3D de notre nouveau concept de sonde dans un milieu fortement atténuant. Un prototype de sonde multi-lentilles à larges éléments a été construit et tester pour valider les résultats de simulation. Des expériences in vitro et ex vivo ont été entreprises. Un tube sub-longueur d’onde a été imagé à travers d’un crâne humain avec succès.Les résultats de cette thèse ont montré le fort potentiel du concept de sonde multi-lentilles à larges éléments pour cartographier la microcirculation d’organe entier tel que le cerveau, à des résolutions micrométriques. Cette nouvelle approche pourrait ouvrir de nouvelles perspectives cliniques pour le dépistage et le diagnostic précoces, ou pour le suivi des pathologies vasculaires grâce à son cout réduit et son caractère non-ionisant, à son large champ de vue et à sa bonne résolution spatiale.The human vascular network is a complex multi-scale system, ranging from several millimeters for the largest arteries to a few micrometers for the smallest vessels. This network provides nutrients and oxygen to the organs. It is therefore strongly linked to the functions of the organs and their health condition. In the case of the brain, neurovascular pathologies are usually diagnosed at later stages after the onset of acute symptoms. These clinical limitations are mainly attributed to the imaging systems of the cerebral vasculature, mostly performed by CT and MRI. These imaging techniques are poorly accessible (because of their high cost and heavy infrastructure), limited to a millimeter resolution and poorly sensitive to hemodynamics.To be able to propose a new screening and diagnostic for early stages, the ability to image in 3D over large fields of view, the morphology and dynamics of the vascular network at a spatial resolution of approximately 100μm is essential. Ultrasound imaging could address an important clinical need for imaging the cerebral vascular network. Its accessibility and ability to image blood flow (thanks to its very good temporal resolution) make it an excellent candidate. However, to date, no ultrasound imaging system allows transcranial imaging of the entire brain. Several technological barriers remain, including the sensitivity of ultrasound transducers, the ability to image sufficiently large volumes and the complexity of 3D ultrafast imaging systems.The objective of this thesis is to design a new concept of high sensitivity ultrasound probe for 3D super-resolved wide field of view imaging. This thesis is based on the use of ultrasound localization microscopy (ULM) techniques and the injection of microbubbles into the vascular network to reconstruct super-resolved images. We proposed a new concept of multi-lenses probe with large elements. The large elements allow the increase of the sensitivity thanks to the large active surfaces of the individual elements. The use of divergent multi-lenses allows to decrease the strong directivity of the large elements to maintain a good focusing ability, necessary for image reconstruction. Besides, the use of large multi-lenses elements allows to benefit from a large probe area (10x10cm2) with a reduced number of elements (256), capable of imaging large 3D volumes (10x10x10cm3).The different parameters of a large element multi-lens probe were studied and determined. A simulation framework was introduced to simulate a dynamic phantom for 3D ULM imaging. We have demonstrated by simulation the capabilities and performances of our large elements multi-lenses probe for 3D ULM imaging in a highly attenuating environment. A prototype probe was made and tested to validate the simulation results. In vitro and ex vivo experiments were carried out. A sub-wavelength tube was successfully imaged through a human skull.The results of this thesis showed the strong potential of the large element multi-lens probe concept to map the whole organ microcirculation, such as the brain, at micrometer scale. This new approach is non-ionizing, relatively cheap, and able to image large field of view at excellent spatial resolutions. Therefore, this new concept of probes could open new clinical perspectives for early detection, diagnosis, and for monitoring vascular pathologies