Optimization of Radiation Dose and Image Quality in Musculoskeletal CT: Emphasis on Iterative Reconstruction Techniques (Part 2).

Computed tomography (CT) is a modality of choice for the study of the musculoskeletal system for various indications including the study of bone, calcifications, internal derangements of joints (with CT arthrography), as well as periprosthetic complications. However, CT remains intrinsically limited by the fact that it exposes patients to ionizing radiation. Scanning protocols need to be optimized to achieve diagnostic image quality at the lowest radiation dose possible. In this optimization process, the radiologist needs to be familiar with the parameters used to quantify radiation dose and image quality. CT imaging of the musculoskeletal system has certain specificities including the focus on high-contrast objects (i.e., in CT of bone or CT arthrography). These characteristics need to be taken into account when defining a strategy to optimize dose and when choosing the best combination of scanning parameters. In the first part of this review, we present the parameters used for the evaluation and quantification of radiation dose and image quality. In the second part, we discuss different strategies to optimize radiation dose and image quality of CT, with a focus on the musculoskeletal system and the use of novel iterative reconstruction techniques.

Diagnostic methods and treatment options for focal cortical dysplasia.

Our inability to adequately treat many patients with refractory epilepsy caused by focal cortical dysplasia (FCD), surgical inaccessibility and failures are significant clinical drawbacks. The targeting of physiologic features of epileptogenesis in FCD and colocalizing functionality has enhanced completeness of surgical resection, the main determinant of outcome. Electroencephalography (EEG)-functional magnetic resonance imaging (fMRI) and magnetoencephalography are helpful in guiding electrode implantation and surgical treatment, and high-frequency oscillations help defining the extent of the epileptogenic dysplasia. Ultra high-field MRI has a role in understanding the laminar organization of the cortex, and fluorodeoxyglucose-positron emission tomography (FDG-PET) is highly sensitive for detecting FCD in MRI-negative cases. Multimodal imaging is clinically valuable, either by improving the rate of postoperative seizure freedom or by reducing postoperative deficits. However, there is no level 1 evidence that it improves outcomes. Proof for a specific effect of antiepileptic drugs (AEDs) in FCD is lacking. Pathogenic mutations recently described in mammalian target of rapamycin (mTOR) genes in FCD have yielded important insights into novel treatment options with mTOR inhibitors, which might represent an example of personalized treatment of epilepsy based on the known mechanisms of disease. The ketogenic diet (KD) has been demonstrated to be particularly effective in children with epilepsy caused by structural abnormalities, especially FCD. It attenuates epigenetic chromatin modifications, a master regulator for gene expression and functional adaptation of the cell, thereby modifying disease progression. This could imply lasting benefit of dietary manipulation. Neurostimulation techniques have produced variable clinical outcomes in FCD. In widespread dysplasias, vagus nerve stimulation (VNS) has achieved responder rates >50%; however, the efficacy of noninvasive cranial nerve stimulation modalities such as transcutaneous VNS (tVNS) and noninvasive (nVNS) requires further study. Although review of current strategies underscores the serious shortcomings of treatment-resistant cases, initial evidence from novel approaches suggests that future success is possible.

Redox dysregulation in schizophrenia : effect on myelination of cortical structures and connectivity

Cette thèse traite du rôle qu'un facteur de risque génétique développé chez les patients souffrant de schizophrénie, à savoir un déficit de la synthèse du glutathion, peut jouer dans les anomalies de la connectivité cérébrale trouvées chez ces patients. L'essentiel du travail a été consacré à évaluer la structure de la substance blanche dans l'ensemble du cerveau chez un modèle animal par une méthode similaire à celle utilisée en recherche clinique avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette approche de translation inverse chez la souris knock-out de glutamate-cystéine ligase modulateur sous-unité (Gclm KO), avait l'objectif d'étudier l'effet des défenses redox déficientes sur le développement des connexions cérébrales, tout en excluant celui des facteurs non liés au génotype. Après avoir établi le protocole de recherche, l'influence d'une manipulation environnementale a également été étudiée. Pour effectuer une analyse statistique fiable des données d'IRM obtenues, nous .avons d'abord créé un atlas du cerveau de la souris afin de l'utiliser comme modèle pour une segmentation précise des différentes régions du cerveau sur les images IRM obtenues in vivo. Les données provenant de chaque région d'intérêt ont ensuite été étudiées séparément. La qualité de cette méthode a été évaluée dans une expérience de simulation pour déduire la puissance statistique réalisable dans chaque région en fonction du nombre d'animaux utilisés. Ces outils d'analyse nous ont permis d'évaluer l'intégrité de la substance blanche dans le cerveau des souris durant le développement grâce à une expérience longitudinale, en utilisant l'imagerie du tenseur de diffusion (DTI). Nous avons ainsi observé des anomalies dans les paramètres dérivés du tenseur (diffusivité et anisotropie) dans la Commissure Antérieure et le Fimbria/Fornix des souris Gclm KO, par rapport aux animaux contrôles. Ces résultats suggèrent une substance blanche endommagée dans ces régions. Dans une expérience électrophysiologique, Pascal Steullet a montré que ces anomalies ont des conséquences fonctionnelles caractérisées par une réduction de la vitesse de conduction dans les fibres nerveuses. Ces données renforcent les conclusions des analyses d'imagerie. Le mécanisme par lequel une dérégulation redox affecte la structure de la substance blanche reste encore à définir, car une analyse immunohistochimique des protéines constituantes de la couche de myéline des fibres concernées n'a pas donné de résultats concluants. Nous avons également constaté un élargissement des ventricules dans les jeunes souris Gclm KO, mais pas chez les adultes et des anomalies neurochimiques déjà connues chez ces animaux (Duarte et al. 2011), à savoir une réduction du Glutathion et une augmentation de l'acide N-acétylaspartique, de l'Alanine et du ratio Glutamine/Glutamate. Nous avons ensuite testé l'effet d'un stress environnemental supplémentaire, l'élevage en isolement social, sur le phénotype. Ce stress n'a eu aucun effet sur la structure de la substance blanche évaluée par DTI, mais a réduit la concentration de myo-Inositol et augmenté le ratio de Glutamine/Glutamate dans le cortex frontal. Nous avons aussi reproduit dans ce groupe indépendant d'animaux les effets du génotype sur le profil neurochimique, sur la taille des ventricules et aussi sur les paramètres dérivés du tenseur de diffusion dans le Fimbria/Fornix, mais pas dans la Commissure Antérieure. Nos résultats montrent qu'une dérégulation redox d'origine génétique perturbe la structure et la fonction de la substance blanche dans des régions spécifiques, causant ainsi l'élargissement des ventricules. Ces phénotypes rassemblent certaines caractéristiques neuro-anatomiques de la schizophrénie, mais les mécanismes qui en sont responsables demeurent encore inconnus. L'isolement social n'a pas d'effet sur la structure de la substance blanche évaluée par DTI, alors qu'il est prouvé qu'il affecte la maturation des oligodendrocytes. La neurochimie corticale et en particulier le rapport Glutamine/Glutamate a été affecté par le dérèglement redox ainsi que par l'isolement social. En conséquence, ce ratio représente un indice prometteur dans la recherche sur l'interaction du stress environnemental avec le déséquilibre redox dans le domaine de la schizophrénie. -- The present doctoral thesis is concerned with the role that a genetic risk factor for the development of schizophrenia, namely a deficit in Glutathione synthesis, may play in the anomalies of brain connectivity found in patients. Most of the effort was devoted to perform a whole-brain assessment of white matter structure in the Glutamate-Cysteine ligase modulatory knockout mouse model (Gclm KO) using Magnetic Resonance Imaging (MRI) techniques similar to those used in state-of-the-art clinical research. Such reverse translational approach taking brain imaging from the bedside to the bench aimed to investigate the role that deficient redox defenses may play in the development of brain connections while excluding all influencing factors beside the genotype. After establishing the protocol, the influence of further environmental manipulations was also studied. Analysis of MRI images acquired in vivo was one of the main challenges of the project. Our strategy consisted in creating an atlas of the mouse brain to use as segmentation guide and then analyze the data from each region of interest separately. The quality of the method was assessed in a simulation experiment by calculating the statistical power achievable in each brain region at different sample sizes. This analysis tool enabled us to assess white matter integrity in the mouse brain along development in a longitudinal experiment using Diffusion Tensor Imaging (DTI). We discovered anomalies in diffusivity parameters derived from the tensor in the Anterior Commissure and Fimbria/Fornix of Gclm KO mice when compared to wild-type animals, which suggest that the structure of these tracts is compromised in the KO mice. In an elegant electrophysiological experiment, Pascal Steullet has provided evidence that these anomalies have functional consequences in form of reduced conduction velocity in the concerned tracts, thus supporting the DTI findings. The mechanism by which redox dysregulation affects WM structure remains unknown, for the immunohistochemical analysis of myelin constituent proteins in the concerned tracts produced inconclusive results. Our experiments also detected an enlargement of the lateral ventricles in young but not adult Gclm KO mice and confirmed neurochemical anomalies already known to affect this animals (Duarte et al. 2011), namely a reduction in Glutathione and an increase in Glutamine/Glutamate ratio, N-acetylaspartate and Alanine. Using the same methods, we tested the effect of an additional environmental stress on the observed phenotype: rearing in social isolation had no effect on white matter structure as assessed by DTI, but it reduced the concentration of myo-Inositol and increased the Glutamine/Glutamate ratio in the frontal cortex. We could also replicate in this separate group of animals the effects of genotype on the frontal neurochemical profile, ventricular size and diffusivity parameters in the Fimbria/Fornix but not in the Anterior Commissure. Our data show that a redox dysregulation of genetic origin may disrupt white matter structure and function in specific tracts and cause a ventricular enlargement, phenotypes that resemble some neuroanatomical features of schizophrenia. The mechanism responsible remains however unknown. We have also demonstrated that environmental stress in form of social isolation does not affect white matter structure as assessed by DTI even though it is known to affect oligodendrocyte maturation. Cortical neurochemistry, and specifically the Glutamine to Glutamate balance was affected both by redox dysregulation and social isolation, and is thus a good target for further research on the interaction of redox imbalance and environmental stress in schizophrenia.

Le reflux gastro-oesophagien de l'enfant: indications chirurgicales, techniques et suivi.

Contexte: Présent sous forme physiologique chez environ 60% des nourrissons normaux de moins de quatre mois, le reflux gastro-oesophagien (RGO) n'est symptomatique que chez 10% d'entre eux. Il est également plus fréquent chez les enfants atteints de troubles neurologiques quelque soit leur âge. Non traité, il peut avoir des conséquences graves (oesophagite, sténose peptique, endobrachyoesophage (Barrett) puis adénocarcinome de l'oesophage). Il s'agit donc d'un problème qu'il faut savoir détecter et traiter précocement. Les signes et symptômes du RGO sont multiples et varient en fonction de l'âge. Ils ne se limitent pas au seul vomissement. Le traitement initial du RGO chez l'enfant est médical. En cas d'échec de celui-ci ou dans certaines indications (comme les RGO récidivants, les malformations congénitales, les anomalies morphologiques ou les pathologies neurologiques) un traitement chirurgical est nécessaire. L'évolution des traitements conservateurs et des techniques chirurgicales lors de ces dernières années en font un bon sujet pour une étude rétrospective. Objectif: Le but de cette étude est de mettre en évidence dans une population d'enfants ayant bénéficié d'une cure chirurgicale anti-reflux la fréquence relative des symptômes selon la pathologie initiale de l'enfant, puis de préciser le choix de traitement et sa durée. Nous analyserons également les risques d'échec qui s'y rapportent. Ces conclusions devraient nous permettre de proposer un algorithme décisionnel de prise en charge du RGO de l'enfant en pré et post-opératoire. Méthodologie: Étude rétrospective sur 9 ans se basant sur les dossiers médicaux-chirurgicaux de 132 enfants opérés d'un reflux gastro-oesophagien dans le Service de Chirurgie Pédiatrique du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) par le Professeur Olivier Reinberg et son équipe entre le 1er janvier 2003 et le 31 décembre 2012. Résultats: Sur les 132 enfants, 93 ont bénéficié d'une fundoplicature selon Toupet, 34 selon Nissen et 5 selon Dor. 57% des enfants présentant un déficit neurologique ont été opérés selon la technique de Nissen contre 7% des enfants "sains". Les taux de démontage et de récidive sont respectivement 5.4% et 3.5 % pour la technique selon Toupet et 2.9% et 0% pour la technique de Nissen. Le taux de démontage global de la fundoplicature est de 4.6% (N=6) Conclusions: La fundoplicature est une méthode de choix pour les enfants chez qui tous les autres traitements ont échoué ou chez qui la présence concomitante du RGO et des comorbidités est délétère à une croissance harmonieuse. Grâce à la chirurgie, la qualité de vie d'au moins 95% des enfants est grandement améliorée après la disparition de symptômes quotidiens et qui peuvent donner lieu à des complications graves.