Free-breathing 3D coronary MRA: the impact of "isotropic" image resolution.

During conventional x-ray coronary angiography, multiple projections of the coronary arteries are acquired to define coronary anatomy precisely. Due to time constraints, coronary magnetic resonance angiography (MRA) usually provides only one or two views of the major coronary vessels. A coronary MRA approach that allowed for reconstruction of arbitrary isotropic orientations might therefore be desirable. The purpose of the study was to develop a three-dimensional (3D) coronary MRA technique with isotropic image resolution in a relatively short scanning time that allows for reconstruction of arbitrary views of the coronary arteries without constraints given by anisotropic voxel size. Eight healthy adult subjects were examined using a real-time navigator-gated and corrected free-breathing interleaved echoplanar (TFE-EPI) 3D-MRA sequence. Two 3D datasets were acquired for the left and right coronary systems in each subject, one with anisotropic (1.0 x 1.5 x 3.0 mm, 10 slices) and one with "near" isotropic (1.0 x 1.5 x 1.0 mm, 30 slices) image resolution. All other imaging parameters were maintained. In all cases, the entire left main (LM) and extensive portions of the left anterior descending (LAD) and the right coronary artery (RCA) were visualized. Objective assessment of coronary vessel sharpness was similar (41% +/- 5% vs. 42% +/- 5%; P = NS) between in-plane and through-plane views with "isotropic" voxel size but differed (32% +/- 7% vs. 23% +/- 4%; P < 0.001) with nonisotropic voxel size. In reconstructed views oriented in the through-plane direction, the vessel border was 86% more defined (P < 0.01) for isotropic compared with anisotropic images. A smaller (30%; P < 0.001) improvement was seen for in-plane reconstructions. Vessel diameter measurements were view independent (2.81 +/- 0.45 mm vs. 2.66 +/- 0.52 mm; P = NS) for isotropic, but differed (2.71 +/- 0.51 mm vs. 3.30 +/- 0.38 mm; P < 0.001) between anisotropic views. Average scanning time was 2:31 +/- 0:57 minutes for anisotropic and 7:11 +/- 3:02 minutes for isotropic image resolution (P < 0.001). We present a new approach for "near" isotropic 3D coronary artery imaging, which allows for reconstruction of arbitrary views of the coronary arteries. The good delineation of the coronary arteries in all views suggests that isotropic 3D coronary MRA might be a preferred technique for the assessment of coronary disease, although at the expense of prolonged scan times. Comparative studies with conventional x-ray angiography are needed to investigate the clinical utility of the isotropic strategy.

From protein sequences to 3D-structures and beyond: the example of the UniProt knowledgebase.

With the dramatic increase in the volume of experimental results in every domain of life sciences, assembling pertinent data and combining information from different fields has become a challenge. Information is dispersed over numerous specialized databases and is presented in many different formats. Rapid access to experiment-based information about well-characterized proteins helps predict the function of uncharacterized proteins identified by large-scale sequencing. In this context, universal knowledgebases play essential roles in providing access to data from complementary types of experiments and serving as hubs with cross-references to many specialized databases. This review outlines how the value of experimental data is optimized by combining high-quality protein sequences with complementary experimental results, including information derived from protein 3D-structures, using as an example the UniProt knowledgebase (UniProtKB) and the tools and links provided on its website ( http://www.uniprot.org/ ). It also evokes precautions that are necessary for successful predictions and extrapolations.

Model-based Segmentation and Image Fusion of 3D Computed Tomography and 3D Ultrasound of the Eye for Radiotherapy Planning

For radiotherapy treatment planning of retinoblastoma inchildhood, Computed Tomography (CT) represents thestandard method for tumor volume delineation, despitesome inherent limitations. CT scan is very useful inproviding information on physical density for dosecalculation and morphological volumetric information butpresents a low sensitivity in assessing the tumorviability. On the other hand, 3D ultrasound (US) allows ahigh accurate definition of the tumor volume thanks toits high spatial resolution but it is not currentlyintegrated in the treatment planning but used only fordiagnosis and follow-up. Our ultimate goal is anautomatic segmentation of gross tumor volume (GTV) in the3D US, the segmentation of the organs at risk (OAR) inthe CT and the registration of both. In this paper, wepresent some preliminary results in this direction. Wepresent 3D active contour-based segmentation of the eyeball and the lens in CT images; the presented approachincorporates the prior knowledge of the anatomy by usinga 3D geometrical eye model. The automated segmentationresults are validated by comparing with manualsegmentations. Then, for the fusion of 3D CT and USimages, we present two approaches: (i) landmark-basedtransformation, and (ii) object-based transformation thatmakes use of eye ball contour information on CT and USimages.

Navigator-gated free-breathing 3D balanced FFE projection renal MRA: Comparison with contrast-enhanced breath-hold 3D MRA in a swine model.

A cardiac-triggered, free-breathing, 3D balanced FFE projection renal MR angiography (MRA) technique with a 2D pencil beam aortic labeling pulse for selective aortic spin tagging was developed. For respiratory motion artifact suppression during free breathing, a prospective real-time navigator was implemented for renal MRA. Images obtained with the new approach were compared with standard contrast-enhanced (CE) 3D breath-hold MRA in seven swine. Signal properties and vessel visualization were analyzed. With the presented technique, high-resolution, high-contrast renal projection MRA with superior vessel length visualization (including a greater visible number of distal branches of the renal arteries) compared to standard breath-hold CE-MRA was obtained. The present results warrant clinical studies in patients with renal artery disease.

Comparison of fat suppression strategies in 3D spiral coronary magnetic resonance angiography.

PURPOSE: In the present study, the impact of the two different fat suppression techniques was investigated for free breathing 3D spiral coronary magnetic resonance angiography (MRA). As the coronary arteries are embedded in epicardial fat and are adjacent to myocardial tissue, magnetization preparation such as T(2)-preparation and fat suppression is essential for coronary discrimination. MATERIALS AND METHODS: Fat-signal suppression in three-dimensional (3D) thin- slab coronary MRA based on a spiral k-space data acquisition can either be achieved by signal pre-saturation using a spectrally selective inversion recovery pre-pulse or by spectral-spatial excitation. In the present study, the performance of the two different approaches was studied in healthy subjects. RESULTS: No significant objective or subjective difference was found between the two fat suppression approaches. CONCLUSION: Spectral pre-saturation seems preferred for coronary MRA applications due to the ease of implementation and the shorter cardiac acquisition window.

Evaluer la peur de tomber chez les personnes âgées à domicile: Un modèle qualitatif

Cet article (2006) décrit la démarche qui a fondé le développement de l'instrument d'évaluation de la peur de tomber à travers des "portraits" chez des personnes âgées vivant à domicile "chuteuses ou non chuteuses" (non publiés). Une analyse qualitative originale a été développée dans ce contexte la QUAPA (QUAlitative Pattern Analysis): une analyse des patterns permettant de décrire les différents degrés d'intensité auxquels la peur de tomber est décrites par les personnes âgées elles-mêmes. Cet instrument se base sur une validité "écologique". Il s'ancre dans le vécu des personnes âgées tel qu'il est rapporté et décrit par elles. L'évaluation de la peur de tomber réalisée à l'aide de ces portraits doit être confrontée à celle effectuée à l'aide d'autres instruments validés et largement utilisés dans le domaine de l'évaluation de la peur de tomber: FES, FES-I. Autres références publiées: Piot-Ziegler C (2002). La peur de tomber: comment l'évaluer ? Actualités Psychologiques, 12, 51-68. In C. Piot-Ziegler, (Vol. Ed.), Actualités Psychologiques: Vol. 12. Les chutes chez les personnes âgées: une approche interdisciplinaire (pp. 1-120). Piot-Ziegler C, Cuttelod T et Santiago M (2007). Définir la "peur de tomber" chez les personnes âgées à domicile. Etude qualitative. Bulletin de psychologie, 60(6), nov-déc, 515-525. Références non publiées: Piot-Ziegler C, Cuttelod T (2004). Evaluation de la peur de tomber: portraits issus du vécu des patients (questionnaire-portraits pour évaluer la peur de tomber chez des personnes âgées « chuteuses et non chuteuses ». Piot-Ziegler C, Cuttelod T (2004). Evaluation de la peur de tomber: portraits issus du vécu des patients (Guide de l'utilisateur).L'objectif de cet article (rédigé en 2006) est de dégager un modèle permettant d'évaluer l'intensité de la peur de tomber chez des personnes âgées vivant à domicile sur la base de données qualitatives récoltées dans une première étude (étude publiée: Piot-Ziegler et al. 2007).Dans cette étude qualitative, 58 entretiens semi-structurés ont été réalisés chez des personnes âgées vivant à domicile. Les thèmes abordés par les personnes âgées montrent que la peur de tomber se définit transversalement à travers les conséquences fonctionnelles, sociales et psychologiques consécutives à leur(s) chute(s).Afin d'explorer la possible existence de patterns, permettant de rendre compte de l'intensité de la peur de tomber, une méthode originale d'analyse qualitative (non informatisée) a été développée: la QUAPA (QUAlitative Patterns Analysis).Les résultats de cette analyse montrent l'existence d'une cohérence interne transversale (patterns) dans les trois dimensions définissant la peur de tomber (fonctionnelles, sociales et psychologiques) en fonction de l'intensité de la peur de tomber. Quatre patterns différents ont été mis en évidence. Ils débouchent sur une modélisation rendant compte des différents degrés d'intensité à laquelle la peur de tomber s'exprime chez les personnes âgées.Ce modèle en "patterns" permet d'évaluer la peur de tomber ressentie par une personne âgée en fonction des conséquences fonctionnelles, sociales et psychologiques à long terme consécutives à une ou plusieurs chutes. Ce modèle devra être mis à l'épreuve sur un grand échantillon de personnes âgées vivant à domicile ou dans d'autres espaces de vie (institutions), mais il constitue une alternative originale aux questionnaires utilisés actuellement qui se basent principalement sur le concept d'efficacité personnelle. Surtout il se base sur le vécu tel qu'il est rapporté par les personnes âgées elles-mêmes.Pour obtenir le questionnaire d'évaluation par "portraits" de la peur de tomber (e.mail: Chantal.Piot-Ziegler@unil.ch). Les documents suivants seront mis à disposition.Piot-Ziegler et C, Cuttelod T (2004). Evaluation de la peur de tomber: portraits issus du vécu des patients (questionnaire-portraits pour évaluer la peur de tomber chez des personnes âgées « chuteuses et non chuteuses » (Questionnaire).Piot-Ziegler et C, Cuttelod T (2004). Evaluation de la peur de tomber: portraits issus du vécu des patients (Guide de l'utilisateur).Mots-clés : chute ; peur de tomber ; personne âgée ; domicile ; recherche; approche compréhensive ; évaluation ; méthode qualitative ; pattern, QUAPA.

Roles of transient guidepost neurons in corpus callosum formation and guidance

RESUMENeurones transitoires jouant un rôle de cibles intermédiaires dans le guidage des axones du corps calleuxLe guidage axonal est une étape clé permettant aux neurones d'établir des connexions synaptiques et de s'intégrer dans un réseau neural fonctionnel de manière spécifique. Des cellules-cibles intermédiaires appelées « guidepost » aident les axones à parcourir de longues distances dans le cerveau en leur fournissant des informations directionnelles tout au long de leur trajet. Il a été démontré que des sous-populations de cellules gliales au niveau de la ligne médiane guident les axones du corps calleux (CC) d'un hémisphère vers l'autre. Bien qu'il fût observé que le CC en développement contenait aussi des neurones, leur rôle était resté jusqu'alors inconnu.La publication de nos résultats a montré que pendant le développement embryonnaire, le CC contient des glies mais aussi un nombre considérable de neurones glutamatergiques et GABAergiques, nécessaires à la formation du corps calleux (Niquille et al., PLoS Biology, 2009). Dans ce travail, j'ai utilisé des techniques de morphologie et d'imagerie confocale 3D pour définir le cadre neuro-anatomique de notre modèle. De plus, à l'aide de transplantations sur tranches in vitro, de co-explants, d'expression de siRNA dans des cultures de neurones primaires et d'analyse in vivo sur des souris knock-out, nous avons démontré que les neurones du CC guident les axones callosaux en partie grâce à l'action attractive du facteur de guidage Sema3C sur son récepteur Npn- 1.Récemment, nous avons étudié l'origine, les aspects dynamiques de ces processus, ainsi que les mécanismes moléculaires impliqués dans la mise en place de ce faisceau axonal (Niquille et al., soumis). Tout d'abord, nous avons précisé l'origine et l'identité des neurones guidepost GABAergiques du CC par une étude approfondie de traçage génétique in vivo. J'ai identifié, dans le CC, deux populations distinctes de neurones GABAergiques venant des éminences ganglionnaires médiane (MGE) et caudale (CGE). J'ai ensuite étudié plus en détail les interactions dynamiques entre neurones et axones du corps calleux par microscopie confocale en temps réel. Puis nous avons défini le rôle de chaque sous-population neuronale dans le guidage des axones callosaux et de manière intéressante les neurones GABAergic dérivés de la MGE comme ceux de la CGE se sont révélés avoir une action attractive pour les axones callosaux dans des expériences de transplantation. Enfin, nous avons clarifié la base moléculaire de ces mécanismes de guidage par FACS sorting associé à un large criblage génétique de molécules d'intérêt par une technique très sensible de RT-PCR et ensuite ces résultats ont été validés par hybridation in situ.Nous avons également étudié si les neurones guidepost du CC étaient impliqués dans son agénésie (absence de CC), présente dans nombreux syndromes congénitaux chez 1 humain. Le gène homéotique Aristaless (Arx) contrôle la migration des neurones GABAergiques et sa mutation conduit à de nombreuses pathologies humaines, notamment la lissencéphalie liée à IX avec organes génitaux anormaux (XLAG) et agénésie du CC. Fait intéressant, nous avons constaté qu'ARX est exprimé dans toutes les populations GABAergiques guidepost du CC et que les embryons mutant pour Arx présentent une perte drastique de ces neurones accompagnée de défauts de navigation des axones (Niquille et al., en préparation). En outre, nous avons découvert que les souris déficientes pour le facteur de transcription ciliogenic RFX3 souffrent d'une agénésie du CC associé avec des défauts de mise en place de la ligne médiane et une désorganisation secondaire des neurones glutamatergiques guidepost (Benadiba et al., submitted). Ceci suggère fortement l'implication potentielle des deux types de neurones guidepost dans l'agénésie du CC chez l'humain.Ainsi, mon travail de thèse révèle de nouvelles fonctions pour ces neurones transitoires dans le guidage axonal et apporte de nouvelles perspectives sur les rôles respectifs des cellules neuronales et gliales dans ce processus.ABSTRACTRole of transient guidepost neurons in corpus callosum development and guidanceAxonal guidance is a key step that allows neurons to build specific synaptic connections and to specifically integrate in a functional neural network. Intermediate targets or guidepost cells act as critical elements that help to guide axons through long distance in the brain and provide information all along their travel. Subpopulations of midline glial cells have been shown to guide corpus callosum (CC) axons to the contralateral cerebral hemisphere. While neuronal cells are also present in the developing corpus callosum, their role still remains elusive.Our published results unravelled that, during embryonic development, the CC is populated in addition to astroglia by numerous glutamatergic and GABAergic guidepost neurons that are essential for the correct midline crossing of callosal axons (Niquille et al., PLoS Biology, 2009). In this work, I have combined morphological and 3D confocal imaging techniques to define the neuro- anatomical frame of our system. Moreover, with the use of in vitro transplantations in slices, co- explant experiments, siRNA manipulations on primary neuronal culture and in vivo analysis of knock-out mice we have been able to demonstrate that CC neurons direct callosal axon outgrowth, in part through the attractive action of Sema3C on its Npn-1 receptor.Recently, we have studied the origin, the dynamic aspects of these processes as well as the molecular mechanisms involved in the establishment of this axonal tract (Niquille et al., submitted). First, we have clarified the origin and the identity of the CC GABAergic guidepost neurons using extensive in vivo cell fate-mapping experiments. We identified two distinct GABAergic neuronal subpopulations, originating from the medial (MGE) and caudal (CGE) ganglionic eminences. I then studied in more details the dynamic interactions between CC neurons and callosal axons by confocal time-lapse video microscopy and I have also further characterized the role of each guidepost neuronal subpopulation in callosal guidance. Interestingly, MGE- and CGE-derived GABAergic neurons are both attractive for callosal axons in transplantation experiments. Finally, we have dissected the molecular basis of these guidance mechanisms by using FACS sorting combined with an extensive genetic screen for molecules of interest by a sensitive RT-PCR technique, as well as, in situ hybridization.I have also investigated whether CC guidepost neurons are involved in agenesis of the CC which occurs in numerous human congenital syndromes. Aristaless-related homeobox gene (Arx) regulates GABAergic neuron migration and its mutation leads to numerous human pathologies including X-linked lissencephaly with abnormal genitalia (XLAG) and severe CC agenesis. Interestingly, I found that ARX is expressed in all the guidepost GABAergic neuronal populations of the CC and that Arx-/- embryos exhibit a drastic loss of CC GABAergic interneurons accompanied by callosal axon navigation defects (Niquille et al, in preparation). In addition, we discovered that mice deficient for the ciliogenic transcription factor RFX3 suffer from CC agenesis associated with early midline patterning defects and a secondary disorganisation of guidepost glutamatergic neurons (Benadiba et al., submitted). This strongly points out the potential implication of both types of guidepost neurons in human CC agenesis.Taken together, my thesis work reveals novel functions for transient neurons in axonal guidance and brings new perspectives on the respective roles of neuronal and glial cells in these processes.