Comparison of 3D segmented gradient-echo and steady-state free precession coronary MRI sequences in patients with coronary artery disease.

OBJECTIVE: Our objective was to compare two state-of-the-art coronary MRI (CMRI) sequences with regard to image quality and diagnostic accuracy for the detection of coronary artery disease (CAD). SUBJECTS AND METHODS: Twenty patients with known CAD were examined with a navigator-gated and corrected free-breathing 3D segmented gradient-echo (turbo field-echo) CMRI sequence and a steady-state free precession sequence (balanced turbo field-echo). CMRI was performed in a transverse plane for the left coronary artery and a double-oblique plane for the right coronary artery system. Subjective image quality (1- to 4-point scale, with 1 indicating excellent quality) and objective image quality parameters were independently determined for both sequences. Sensitivity, specificity, and accuracy for the detection of significant (> or = 50% diameter) coronary artery stenoses were determined as defined in invasive catheter X-ray coronary angiography. RESULTS: Subjective image quality was superior for the balanced turbo field-echo approach (1.8 +/- 0.9 vs 2.3 +/- 1.0 for turbo field-echo; p < 0.001). Vessel sharpness, signal-to-noise ratio, and contrast-to-noise ratio were all superior for the balanced turbo field-echo approach (p < 0.01 for signal-to-noise ratio and contrast-to-noise ratio). Of the 103 segments, 18% of turbo field-echo segments and 9% of balanced turbo field-echo segments had to be excluded from disease evaluation because of insufficient image quality. Sensitivity, specificity, and accuracy for the detection of significant coronary artery stenoses in the evaluated segments were 92%, 67%, 85%, respectively, for turbo field-echo and 82%, 82%, 81%, respectively, for balanced turbo field-echo. CONCLUSION: Balanced turbo field-echo offers improved image quality with significantly fewer nondiagnostic segments when compared with turbo field-echo. For the detection of CAD, both sequences showed comparable accuracy for the visualized segments.

Free-breathing whole-heart coronary MRA with 3D radial SSFP and self-navigated image reconstruction.

Respiratory motion is a major source of artifacts in cardiac magnetic resonance imaging (MRI). Free-breathing techniques with pencil-beam navigators efficiently suppress respiratory motion and minimize the need for patient cooperation. However, the correlation between the measured navigator position and the actual position of the heart may be adversely affected by hysteretic effects, navigator position, and temporal delays between the navigators and the image acquisition. In addition, irregular breathing patterns during navigator-gated scanning may result in low scan efficiency and prolonged scan time. The purpose of this study was to develop and implement a self-navigated, free-breathing, whole-heart 3D coronary MRI technique that would overcome these shortcomings and improve the ease-of-use of coronary MRI. A signal synchronous with respiration was extracted directly from the echoes acquired for imaging, and the motion information was used for retrospective, rigid-body, through-plane motion correction. The images obtained from the self-navigated reconstruction were compared with the results from conventional, prospective, pencil-beam navigator tracking. Image quality was improved in phantom studies using self-navigation, while equivalent results were obtained with both techniques in preliminary in vivo studies.

Développement de l'interprétation quantitative de la sismique réflexion lacustre : application de l'AVO aux sédiments quaternaires dans le lac Léman

Résumé Des développements antérieurs, au sein de l'Institut de Géophysique de Lausanne, ont permis de développer des techniques d'acquisition sismique et de réaliser l'interprétation des données sismique 2D et 3D pour étudier la géologie de la région et notamment les différentes séquences sédimentaires du Lac Léman. Pour permettre un interprétation quantitative de la sismique en déterminant des paramètres physiques des sédiments la méthode AVO (Amplitude Versus Offset) a été appliquée. Deux campagnes sismiques lacustres, 2D et 3D, ont été acquises afin de tester la méthode AVO dans le Grand Lac sur les deltas des rivières. La géométrie d'acquisition a été repensée afin de pouvoir enregistrer les données à grands déports. Les flûtes sismiques, mises bout à bout, ont permis d'atteindre des angles d'incidence d'environ 40˚ . Des récepteurs GPS spécialement développés à cet effet, et disposés le long de la flûte, ont permis, après post-traitement des données, de déterminer la position de la flûte avec précision (± 0.5 m). L'étalonnage de nos hydrophones, réalisé dans une chambre anéchoïque, a permis de connaître leur réponse en amplitude en fonction de la fréquence. Une variation maximale de 10 dB a été mis en évidence entre les capteurs des flûtes et le signal de référence. Un traitement sismique dont l'amplitude a été conservée a été appliqué sur les données du lac. L'utilisation de l'algorithme en surface en consistante a permis de corriger les variations d'amplitude des tirs du canon à air. Les sections interceptes et gradients obtenues sur les deltas de l'Aubonne et de la Dranse ont permis de produire des cross-plots. Cette représentation permet de classer les anomalies d'amplitude en fonction du type de sédiments et de leur contenu potentiel en gaz. L'un des attributs qui peut être extrait des données 3D, est l'amplitude de la réflectivité d'une interface sismique. Ceci ajoute une composante quantitative à l'interprétation géologique d'une interface. Le fond d'eau sur le delta de l'Aubonne présente des anomalies en amplitude qui caractérisent les chenaux. L'inversion de l'équation de Zoeppritz par l'algorithme de Levenberg-Marquardt a été programmée afin d'extraire les paramètres physiques des sédiments sur ce delta. Une étude statistique des résultats de l'inversion permet de simuler la variation de l'amplitude en fonction du déport. On a obtenu un modèle dont la première couche est l'eau et dont la seconde est une couche pour laquelle V P = 1461 m∕s, ρ = 1182 kg∕m3 et V S = 383 m∕s. Abstract A system to record very high resolution (VHR) seismic data on lakes in 2D and 3D was developed at the Institute of Geophysics, University of Lausanne. Several seismic surveys carried out on Lake Geneva helped us to better understand the geology of the area and to identify sedimentary sequences. However, more sophisticated analysis of the data such as the AVO (Amplitude Versus Offset) method provides means of deciphering the detailed structure of the complex Quaternary sedimentary fill of the Lake Geneva trough. To study the physical parameters we applied the AVO method at some selected places of sediments. These areas are the Aubonne and Dranse River deltas where the configurations of the strata are relatively smooth and the discontinuities between them easy to pick. A specific layout was developed to acquire large incidence angle. 2D and 3D seismic data were acquired with streamers, deployed end to end, providing incidence angle up to 40˚ . One or more GPS antennas attached to the streamer enabled us to calculate individual hydrophone positions with an accuracy of 50 cm after post-processing of the navigation data. To ensure that our system provides correct amplitude information, our streamer sensors were calibrated in an anechoic chamber using a loudspeaker as a source. Amplitude variations between the each hydrophone were of the order of 10 dB. An amplitude correction for each hydrophone was computed and applied before processing. Amplitude preserving processing was then carried out. Intercept vs. gradient cross-plots enable us to determine that both geological discontinuities (lacustrine sediments/moraine and moraine/molasse) have well defined trends. A 3D volume collected on the Aubonne river delta was processed in order ro obtain AVO attributes. Quantitative interpretation using amplitude maps were produced and amplitude maps revealed high reflectivity in channels. Inversion of the water bottom of the Zoeppritz equation using the Levenberg-Marquadt algorithm was carried out to estimate V P , V S and ρ of sediments immediately under the lake bottom. Real-data inversion gave, under the water layer, a mud layer with V P = 1461 m∕s, ρ = 1182 kg∕m3 et V S = 383 m∕s.

Effects of computing parameters and measurement locations on the estimation of 3D NPS in non-stationary MDCT images.

The goal of this study was to investigate the impact of computing parameters and the location of volumes of interest (VOI) on the calculation of 3D noise power spectrum (NPS) in order to determine an optimal set of computing parameters and propose a robust method for evaluating the noise properties of imaging systems. Noise stationarity in noise volumes acquired with a water phantom on a 128-MDCT and a 320-MDCT scanner were analyzed in the spatial domain in order to define locally stationary VOIs. The influence of the computing parameters in the 3D NPS measurement: the sampling distances bx,y,z and the VOI lengths Lx,y,z, the number of VOIs NVOI and the structured noise were investigated to minimize measurement errors. The effect of the VOI locations on the NPS was also investigated. Results showed that the noise (standard deviation) varies more in the r-direction (phantom radius) than z-direction plane. A 25 × 25 × 40 mm(3) VOI associated with DFOV = 200 mm (Lx,y,z = 64, bx,y = 0.391 mm with 512 × 512 matrix) and a first-order detrending method to reduce structured noise led to an accurate NPS estimation. NPS estimated from off centered small VOIs had a directional dependency contrary to NPS obtained from large VOIs located in the center of the volume or from small VOIs located on a concentric circle. This showed that the VOI size and location play a major role in the determination of NPS when images are not stationary. This study emphasizes the need for consistent measurement methods to assess and compare image quality in CT.

3D culture of postnatal retinal stem cells using self assembling polymers

PURPOSE We have previously shown that retinal stem cells (RSCs) can be isolated from the radial glia population of the newborn mouse retina (Angénieux et al., 2006). These RSCs have a great capacity to renew and to generate a large number of neurons including cells differentiated towards the photoreceptor lineage (Mehri-Soussi et al., 2006). However, recent published results from our lab revealed that such cells have a poor integration and survival rate after grafting. The uncontrolled environment of a retina seems to prevent good integration and survival after grafting in vivo. To bypass this problem, we are evaluating the possibility of generating in vitro a hemi-retinal tissue before transplantation. METHODS RSC were expanded and cells passaged <10 were seeded in a solution containing poly-ethylene-glycol (PEG) polymer based hydrogels crosslinked with peptides that are chosen to be substrates for matrix metalloproteinases. Various doses of cross linkers peptides allowing connections between PEG polymers were tested. Different growth factors were studied to stimulate cell proliferation and differentiation. RESULTS Cells survived only in the presence of EGF and FGF-2 and generated colonies with a sphere shape. No cells migrated within the gel. To improve the migration and the repartition of the cells in the gels, the integrin ligand RGDSP was added into the gel. In the presence of FGF-2 and EGF, newly formed cell clusters appeared by cell proliferation within several days, but again no outspreading of cells was observed. No difference was even seen when the stiffness of the hydrogels or the concentration of the integrin ligand RGDSP were changed. However, our preliminary results show that RSCs still form spheres when laminin is entrapped in the gel, but they started to spread out having a neuronal morphology after around 2 weeks. The neuronal population was assessed by the presence of the neuronal marker b-tubulin-III. This differentiation was achieved after successive steps of stimulations including FGF-2 and EGF, and then only FGF-2. Glial cells were also present. Further characterizations are under process. CONCLUSIONS RSC can be grown in 3D. Preliminary results show that neuronal cell phenotype acquisition can be instructed by exogenous stimulations and factors linked to the gel. Further developments are necessary to form a homogenous tissue containing retinal cells.

3D crosshole ERT for aquifer characterization and monitoring of infiltrating river water

The hydrogeological properties and responses of a productive aquifer in northeastern Switzerland are investigated. For this purpose, 3D crosshole electrical resistivity tomography (ERT) is used to define the main lithological structures within the aquifer (through static inversion) and to monitor the water infiltration from an adjacent river. During precipitation events and subsequent river flooding, the river water resistivity increases. As a consequence, the electrical characteristics of the infiltrating water can be used as a natural tracer to delineate preferential flow paths and flow velocities. The focus is primarily on the experiment installation, data collection strategy, and the structural characterization of the site and a brief overview of the ERT monitoring results. The monitoring system comprises 18 boreholes each equipped with 10 electrodes straddling the entire thickness of the gravel aquifer. A multi-channel resistivity system programmed to cycle through various four-point electrode configurations of the 180 electrodes in a rolling sequence allows for the measurement of approximately 15,500 apparent resistivity values every 7 h on a continuous basis. The 3D static ERT inversion of data acquired under stable hydrological conditions provides a base model for future time-lapse inversion studies and the means to investigate the resolving capability of our acquisition scheme. In particular, it enables definition of the main lithological structures within the aquifer. The final ERT static model delineates a relatively high-resistivity, low-porosity, intermediate-depth layer throughout the investigated aquifer volume that is consistent with results from well logging and seismic and radar tomography models. The next step will be to define and implement an appropriate time-lapse ERT inversion scheme using the river water as a natural tracer. The main challenge will be to separate the superposed time-varying effects of water table height, temperature, and salinity variations associated with the infiltrating water.

Mechanisms of garnet growth in eclogites of the Zermatt-Saas Fee unit, Western Alps

THESIS ABSTRACT Garnets are one of the key metamorphic minerals used to study peak metamorphic conditions or crystallization ages. Equilibrium is typically assumed between the garnet and the matrix. This thesis attempts to understand garnet growth in the Zermatt-Saas Fee (ZSF) eclogites, and discusses consequences for Sm/Nd and Lu/Hf dating and the equilibrium assumption. All studied garnets from the ZSF eclogites are strongly zoned in Mn, Fe, Mg, and Ca. Methods based on chemical zoning patterns and on 3D spatial statistics indicate different growth mechanisms depending on the sample studied. Garnets from the Pfulwe area are grown in a system where surface kinetics likely dominated over intergranular diffusion kinetics. Garnets fram two other localities, Nuarsax and Lago di Cignana, seem to have grown in a system where intergranular diffusion kinetics were dominating over surface kinetics, at least during initial growth. Garnets reveal strong prograde REE+Y zoning. They contain narrow central peaks for Lu + Yb + Tm ± Er and at least one additional small peak towards the rim. The REE Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy are depleted in the cores but show one prominent peak close to the rim. It is shown that these patterns cam be explained using a transient matrix diffusion model where REE uptake is limited by diffusion in the matrix surrounding the porphyroblast. The secondary peaks in the garnet profiles are interpreted to reflect thermally activated diffusion due to a temperature increase during prograde metamorphism. The model predicts anomalously low 176Lu/177Hf and 147Sm/144Nd ratios in garnets where growth rates are fast compared to diffusion of the REE, which decreases garnet isochron precisions. The sharp Lu zoning was further used to constrain maximum Lu volume diffusion rates in garnet. The modeled minimum pre-exponential diffusion coefficient which fits the measured central peak is in the order of Do = 5.7* 106 m2/s, taking an activation energy of 270 kJ/mol. The latter was chosen in agreement with experimentally determined values. This can be used to estimate a minimum closure temperature of around 630°C for the ZSF zone. Zoning of REE was combined with published Lu/Hf and Sm/Nd age information to redefine the prograde crystallization interval for Lago di Cignana UHP eclogites. Modeling revealed that a prograde growth interval in the order of 25 m.y. is needed to produce the measured spread in ages. RÉSUMÉ Le grenat est un minéral métamorphique clé pour déterminer les conditions du pic de métamorphisme ainsi que l'âge de cristallisation. L'équilibre entre le grenat et la matrice est requis. Cette étude a pour but de comprendre la croissance du grenat dans les éclogites de la zone de Zermatt-Saas Fee (ZSF) et d'examiner quelques conséquences sur les datations Sm/Nd et Lu/Hf. Tous les grenats des éclogites de ZSF étudiés sont fortement zonés en Mn, Fe, Mg et partiellement en Ca. Les différentes méthodes basées sur le modèle de zonation chimique ainsi que sur les statistiques de répartition spatiale en 3D indiquent un mécanisme de croissance différent en fonction de la localité d'échantillonnage. Les grenats provenant de la zone de Pfulwe ont probablement crû dans un système principalement dominé par la cinétique de surface au détriment de 1a cinétique de diffusion intergranulaire. Les grenats provenant de deux autres localités, Nuarsax et Lago di Cignana, semblent avoir cristallisé dans un système dominé par la diffusion intergranulaire, au moins durant les premiers stades de croissance. Les grenats montrent une forte zonation prograde en Terres Rares (REE) ainsi qu'en Y. Les profils présentent au coeur un pic étroit en Lu + Yb+ Tm ± Er et au moins un petit pic supplémentaire vers le bord. Les coeurs des grenats sont appauvris en Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy, mais les bords sont marqués par un pic important de ces REE. Ces profils s'expliquent par un modèle de diffusion matricielle dans lequel l'apport en REE est limité par la diffusion dans la matrice environnant les porphyroblastes. Les pics secondaires en bordure de grain reflètent la diffusion activée par l'augmentation de la température lors du métamorphisme prograde. Ce modèle prédit des rapports 176Lu/177Hf et 147Sm/144Nd anormalement bas lorsque les taux de croissance sont plus rapides que la diffusion des REE, ce qui diminue la précision des isochrones impliquant le grenat. La zonation nette en Lu a permis de contraindre le maximum de diffusion volumique par une approche numérique. Le coefficient de diffusion minimum modélisé en adéquation avec les pics mesurés est de l'ordre de Do = 5.7*10-6 m2/s, en prenant une énergie d'activation ~270 kJ/mol déterminée expérimentalement. Ainsi, la température de clôture minimale est estimée aux alentours de 630°C pour la zone ZSF. Des nouvelles données de zonation de REE sont combinées aux âges obtenus avec les rapports Lu/Hf et Sm/Nd qui redéfissent l'intervalle de cristallisation prograde pour les éclogites UHP de Lago di Cignana. La modélisation permet d'attribuer au minimum un intervalle de croissance prograde de 25 Ma afin d'obtenir les âges préalablement mesurés. RESUME GRAND PUBLIC L'un des principaux buts du pétrologue .métamorphique est d'extraire des roches les informations sur l'évolution temporelle, thermique et barométrique qu'elles ont subi au cours de la formation d'une chaîne de montagne. Le grenat est l'un des minéraux clés dans une grande variété de roches métamorphiques. Il a fait l'objet de nombreuses études dans des terrains d'origines variées ou lors d'études expérimentales afin de comprendre ses domaines de stabilité, ses réactions et sa coexistence avec d'autres minéraux. Cela fait du grenat l'un des minéraux les plus attractifs pour la datation des roches. Cependant, lorsqu'on l'utilise pour la datation et/ou pour la géothermobarométrie, on suppose toujours que le grenat croît en équilibre avec les phases coexistantes de la matrice. Pourtant, la croissance d'un minéral est en général liée au processus de déséquilibre. Cette étude a pour but de comprendre comment croît le grenat dans les éclogites de Zermatt - Saas Fee et donc d'évaluer le degré de déséquilibre. Il s'agit aussi d'expliquer les différences d'âges obtenues grâce aux grenats dans les différentes localités de l'unité de Zermatt-Saas Fee. La principale question posée lors de l'étude des mécanismes de croissance du grenat est: Parmi les processus en jeu lors de la croissance du grenat (dissolution des anciens minéraux, transport des éléments vers le nouveau grenat, précipitation d'une nouvelle couche en surface du minéral), lequel est le plus lent et ainsi détermine le degré de déséquilibre? En effet, les grenats d'une des localités (Pfulwe) indiquent que le phénomène d'adhérence en surface est le plus lent, contrairement aux grenats des autres localités (Lago di Cignana, Nuarsax) dans lesquels ce sont les processus de transport qui sont les plus lents. Cela montre que les processus dominants sont variables, même dans des roches similaires de la même unité tectonique. Ceci implique que les processus doivent être déterminés individuellement pour chaque roche afin d'évaluer le degré de déséquilibre du grenat dans la roche. Tous les grenats analysés présentent au coeur une forte concentration de Terres Rares: Lu + Yb + Tm ± Er qui décroît vers le bord du grain. Inversement, les Terres Rares Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy sont appauvries au coeur et se concentrent en bordure du grain. La modélisation révèle que ces profils sont-dus à des cinétiques lentes de transport des Terres Rares. De plus, les modèles prédisent des concentrations basses en éléments radiogéniques pères dans certaines roches, ce qui influence fortement sur la précision des âges obtenus par la méthode d'isochrone. Ceci signifie que les roches les plus adaptées pour les datations ne doivent contenir ni beaucoup de grenat ni de très gros cristaux, car dans ce cas, la compétition des éléments entre les cristaux limite à de faibles concentrations la quantité d'éléments pères dans chaque cristal.

Penser un modèle de complémentarité de trois épreuves projectives (Hand-Test, Rorschach et TAT) dans une perspective psychodynamique : un défi méthodologique et épistémologique

L'idée de complémentarité de certaines épreuves projectives s'est dessinée dès les années 1960, telles que Rorschach - test du Village, Rorschach - CAT et enfin Rorschach - TAT. L'essentiel des dispositifs projectifs mobilise les épreuves de Rorschach et de TAT dont la complémentarité a été largement pointée, notamment, par Anzieu et Chabert (1983), Chabert (1998), Roman (2006, 2007, 2009) et Emmanuelli et Azoulay (2001, 2008, 2009). Les épreuves de Hand-Test, Rorschach et TAT opèrent selon des dynamiques différentes à partir de consignes, sorte d'« injonction à imaginer » (Roman, 2008). Le défi méthodologique et épistémologique est d'envisager une complémentarité entre ces trois épreuves projectives, complémentarité qui ne va pas de soi dans la mesure où le Hand-Test a été pensé à partir du modèle de l'Analyse Structurale, le Rorschach et le TAT dans une perspective psychodynamique. L'enjeu du défi est de parvenir à se dégager du modèle de l'Analyse Structurale, d'une dimension déterministe et inscrire le Hand-Test dans une dimension processuelle d'une part, et de croiser ces trois épreuves afin de parvenir à mettre en avant les ressources du sujet quant à l'émergence de potentialités de transformations bien souvent, trop souvent, reléguées au second plan, voire négligées, lors de la prise en charge institutionnelle d'autre part. Ainsi, l'approche de la complémentarité des épreuves se trouve au service d'une compréhension de l'évolution du rapport à l'agir chez les adolescents. L'écart qui se donne à voir entre la conception des épreuves projectives envisagées dans une perspective psychodynamique et la manière d'appréhender le Hand-Test constitue le défi méthodologique et épistémologique que nous proposons de discuter.

Three-Dimensional (3D) Microarchitecture Correlations with 2D Projection Image Gray-Level Variations Assessed by Trabecular Bone Score Using High-Resolution Computed Tomographic Acquisitions: Effects of Resolution and Noise.

The aim of the present study is to determine the level of correlation between the 3-dimensional (3D) characteristics of trabecular bone microarchitecture, as evaluated using microcomputed tomography (μCT) reconstruction, and trabecular bone score (TBS), as evaluated using 2D projection images directly derived from 3D μCT reconstruction (TBSμCT). Moreover, we have evaluated the effects of image degradation (resolution and noise) and X-ray energy of projection on these correlations. Thirty human cadaveric vertebrae were acquired on a microscanner at an isotropic resolution of 93μm. The 3D microarchitecture parameters were obtained using MicroView (GE Healthcare, Wauwatosa, MI). The 2D projections of these 3D models were generated using the Beer-Lambert law at different X-ray energies. Degradation of image resolution was simulated (from 93 to 1488μm). Relationships between 3D microarchitecture parameters and TBSμCT at different resolutions were evaluated using linear regression analysis. Significant correlations were observed between TBSμCT and 3D microarchitecture parameters, regardless of the resolution. Correlations were detected that were strongly to intermediately positive for connectivity density (0.711≤r(2)≤0.752) and trabecular number (0.584≤r(2)≤0.648) and negative for trabecular space (-0.407 ≤r(2)≤-0.491), up to a pixel size of 1023μm. In addition, TBSμCT values were strongly correlated between each other (0.77≤r(2)≤0.96). Study results show that the correlations between TBSμCT at 93μm and 3D microarchitecture parameters are weakly impacted by the degradation of image resolution and the presence of noise.