Iterative reconstruction in CT : using mathematical model observers to determine low dose images' trustworthiness

La tomodensitométrie (TDM) est une technique d'imagerie pour laquelle l'intérêt n'a cessé de croitre depuis son apparition au début des années 70. De nos jours, l'utilisation de cette technique est devenue incontournable, grâce entre autres à sa capacité à produire des images diagnostiques de haute qualité. Toutefois, et en dépit d'un bénéfice indiscutable sur la prise en charge des patients, l'augmentation importante du nombre d'examens TDM pratiqués soulève des questions sur l'effet potentiellement dangereux des rayonnements ionisants sur la population. Parmi ces effets néfastes, l'induction de cancers liés à l'exposition aux rayonnements ionisants reste l'un des risques majeurs. Afin que le rapport bénéfice-risques reste favorable au patient il est donc nécessaire de s'assurer que la dose délivrée permette de formuler le bon diagnostic tout en évitant d'avoir recours à des images dont la qualité est inutilement élevée. Ce processus d'optimisation, qui est une préoccupation importante pour les patients adultes, doit même devenir une priorité lorsque l'on examine des enfants ou des adolescents, en particulier lors d'études de suivi requérant plusieurs examens tout au long de leur vie. Enfants et jeunes adultes sont en effet beaucoup plus sensibles aux radiations du fait de leur métabolisme plus rapide que celui des adultes. De plus, les probabilités des évènements auxquels ils s'exposent sont également plus grandes du fait de leur plus longue espérance de vie. L'introduction des algorithmes de reconstruction itératifs, conçus pour réduire l'exposition des patients, est certainement l'une des plus grandes avancées en TDM, mais elle s'accompagne de certaines difficultés en ce qui concerne l'évaluation de la qualité des images produites. Le but de ce travail est de mettre en place une stratégie pour investiguer le potentiel des algorithmes itératifs vis-à-vis de la réduction de dose sans pour autant compromettre la qualité du diagnostic. La difficulté de cette tâche réside principalement dans le fait de disposer d'une méthode visant à évaluer la qualité d'image de façon pertinente d'un point de vue clinique. La première étape a consisté à caractériser la qualité d'image lors d'examen musculo-squelettique. Ce travail a été réalisé en étroite collaboration avec des radiologues pour s'assurer un choix pertinent de critères de qualité d'image. Une attention particulière a été portée au bruit et à la résolution des images reconstruites à l'aide d'algorithmes itératifs. L'analyse de ces paramètres a permis aux radiologues d'adapter leurs protocoles grâce à une possible estimation de la perte de qualité d'image liée à la réduction de dose. Notre travail nous a également permis d'investiguer la diminution de la détectabilité à bas contraste associée à une diminution de la dose ; difficulté majeure lorsque l'on pratique un examen dans la région abdominale. Sachant que des alternatives à la façon standard de caractériser la qualité d'image (métriques de l'espace Fourier) devaient être utilisées, nous nous sommes appuyés sur l'utilisation de modèles d'observateurs mathématiques. Nos paramètres expérimentaux ont ensuite permis de déterminer le type de modèle à utiliser. Les modèles idéaux ont été utilisés pour caractériser la qualité d'image lorsque des paramètres purement physiques concernant la détectabilité du signal devaient être estimés alors que les modèles anthropomorphes ont été utilisés dans des contextes cliniques où les résultats devaient être comparés à ceux d'observateurs humain, tirant profit des propriétés de ce type de modèles. Cette étude a confirmé que l'utilisation de modèles d'observateurs permettait d'évaluer la qualité d'image en utilisant une approche basée sur la tâche à effectuer, permettant ainsi d'établir un lien entre les physiciens médicaux et les radiologues. Nous avons également montré que les reconstructions itératives ont le potentiel de réduire la dose sans altérer la qualité du diagnostic. Parmi les différentes reconstructions itératives, celles de type « model-based » sont celles qui offrent le plus grand potentiel d'optimisation, puisque les images produites grâce à cette modalité conduisent à un diagnostic exact même lors d'acquisitions à très basse dose. Ce travail a également permis de clarifier le rôle du physicien médical en TDM: Les métriques standards restent utiles pour évaluer la conformité d'un appareil aux requis légaux, mais l'utilisation de modèles d'observateurs est inévitable pour optimiser les protocoles d'imagerie. -- Computed tomography (CT) is an imaging technique in which interest has been quickly growing since it began to be used in the 1970s. Today, it has become an extensively used modality because of its ability to produce accurate diagnostic images. However, even if a direct benefit to patient healthcare is attributed to CT, the dramatic increase in the number of CT examinations performed has raised concerns about the potential negative effects of ionising radiation on the population. Among those negative effects, one of the major risks remaining is the development of cancers associated with exposure to diagnostic X-ray procedures. In order to ensure that the benefits-risk ratio still remains in favour of the patient, it is necessary to make sure that the delivered dose leads to the proper diagnosis without producing unnecessarily high-quality images. This optimisation scheme is already an important concern for adult patients, but it must become an even greater priority when examinations are performed on children or young adults, in particular with follow-up studies which require several CT procedures over the patient's life. Indeed, children and young adults are more sensitive to radiation due to their faster metabolism. In addition, harmful consequences have a higher probability to occur because of a younger patient's longer life expectancy. The recent introduction of iterative reconstruction algorithms, which were designed to substantially reduce dose, is certainly a major achievement in CT evolution, but it has also created difficulties in the quality assessment of the images produced using those algorithms. The goal of the present work was to propose a strategy to investigate the potential of iterative reconstructions to reduce dose without compromising the ability to answer the diagnostic questions. The major difficulty entails disposing a clinically relevant way to estimate image quality. To ensure the choice of pertinent image quality criteria this work was continuously performed in close collaboration with radiologists. The work began by tackling the way to characterise image quality when dealing with musculo-skeletal examinations. We focused, in particular, on image noise and spatial resolution behaviours when iterative image reconstruction was used. The analyses of the physical parameters allowed radiologists to adapt their image acquisition and reconstruction protocols while knowing what loss of image quality to expect. This work also dealt with the loss of low-contrast detectability associated with dose reduction, something which is a major concern when dealing with patient dose reduction in abdominal investigations. Knowing that alternative ways had to be used to assess image quality rather than classical Fourier-space metrics, we focused on the use of mathematical model observers. Our experimental parameters determined the type of model to use. Ideal model observers were applied to characterise image quality when purely objective results about the signal detectability were researched, whereas anthropomorphic model observers were used in a more clinical context, when the results had to be compared with the eye of a radiologist thus taking advantage of their incorporation of human visual system elements. This work confirmed that the use of model observers makes it possible to assess image quality using a task-based approach, which, in turn, establishes a bridge between medical physicists and radiologists. It also demonstrated that statistical iterative reconstructions have the potential to reduce the delivered dose without impairing the quality of the diagnosis. Among the different types of iterative reconstructions, model-based ones offer the greatest potential, since images produced using this modality can still lead to an accurate diagnosis even when acquired at very low dose. This work has clarified the role of medical physicists when dealing with CT imaging. The use of the standard metrics used in the field of CT imaging remains quite important when dealing with the assessment of unit compliance to legal requirements, but the use of a model observer is the way to go when dealing with the optimisation of the imaging protocols.

Long-term low-dose ketoconazole treatment in bilateral macronodular adrenal hyperplasia (BMAH)

Le traitement médicamenteux du syndrome de Cushing secondaire à une hyperplasie surrénalienne macro-nodulaire bilatérale (bilateral macronodular adrenal hyperplasia, (BMAH)) est généralement administré pour une période limitée avant de procéder à l'exérèse chirurgicale des surrénales. Les antagonistes des récepteurs surrênaïïens aberrants se sont révélés inefficaces à long terme pour empêcher la surrénalectomie. Nous reportons le cas d'une patiente avec BMAH traitée durant 10 ans par des petites doses de kétoconazole, afin de contrôler la sécrétion de Cortisol. A l'âge de 48 ans, elle a présenté des céphalées et une hypertension artérielle. Les investigations ont donné les résultats suivants: absence de signes cliniques de syndrome de Cushing ; hyperplasie nodulaire des surrénales ; valeurs normales de la creatinine, le potassium et l'aldostérone plasmatiques ; valeurs normales des métanéphrines et de l'aldostérone urinaires ; élévation du Cortisol libre et des métabolites stéroïdiens urinaires ; et suppression de l'ACTH et de l'activité de la rénine plasmatiques. Un protocole de dépistage des récepteurs surrénaliens aberrants n'a pas montré de dépendance hormonale illégitime. Le kétoconazole a permis une normalisation rapide du Cortisol et de l'ACTH avec un effet qui persiste après 10 ans de traitement, tandis que l'imagerie surrénalienne ne montre pas de changement de taille et d'aspect de celles-ci. La sécrétion stéroidienne chez les patients présentant une BMAH est moins importante que celle de surrénales normales ou de tumeurs secrétrices et peut être contrôlée avec de petites doses de kétoconazole. Ce traitement, bien toléré, constitue une alternative au traitement chirurgical.

Safety and immunogenicity of a chimpanzee adenovirus-vectored Ebola vaccine in healthy adults: a randomised, double-blind, placebo-controlled, dose-finding, phase 1/2a study.

BACKGROUND: The ongoing Ebola outbreak led to accelerated efforts to test vaccine candidates. On the basis of a request by WHO, we aimed to assess the safety and immunogenicity of the monovalent, recombinant, chimpanzee adenovirus type-3 vector-based Ebola Zaire vaccine (ChAd3-EBO-Z). METHODS: We did this randomised, double-blind, placebo-controlled, dose-finding, phase 1/2a trial at the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois, Lausanne, Switzerland. Participants (aged 18-65 years) were randomly assigned (2:2:1), via two computer-generated randomisation lists for individuals potentially deployed in endemic areas and those not deployed, to receive a single intramuscular dose of high-dose vaccine (5 × 10(10) viral particles), low-dose vaccine (2·5 × 10(10) viral particles), or placebo. Deployed participants were allocated to only the vaccine groups. Group allocation was concealed from non-deployed participants, investigators, and outcome assessors. The safety evaluation was not masked for potentially deployed participants, who were therefore not included in the safety analysis for comparison between the vaccine doses and placebo, but were pooled with the non-deployed group to compare immunogenicity. The main objectives were safety and immunogenicity of ChAd3-EBO-Z. We did analysis by intention to treat. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT02289027. FINDINGS: Between Oct 24, 2014, and June 22, 2015, we randomly assigned 120 participants, of whom 18 (15%) were potentially deployed and 102 (85%) were non-deployed, to receive high-dose vaccine (n=49), low-dose vaccine (n=51), or placebo (n=20). Participants were followed up for 6 months. No vaccine-related serious adverse events were reported. We recorded local adverse events in 30 (75%) of 40 participants in the high-dose group, 33 (79%) of 42 participants in the low-dose group, and five (25%) of 20 participants in the placebo group. Fatigue or malaise was the most common systemic adverse event, reported in 25 (62%) participants in the high-dose group, 25 (60%) participants in the low-dose group, and five (25%) participants in the placebo group, followed by headache, reported in 23 (57%), 25 (60%), and three (15%) participants, respectively. Fever occurred 24 h after injection in 12 (30%) participants in the high-dose group and 11 (26%) participants in the low-dose group versus one (5%) participant in the placebo group. Geometric mean concentrations of IgG antibodies against Ebola glycoprotein peaked on day 28 at 51 μg/mL (95% CI 41·1-63·3) in the high-dose group, 44·9 μg/mL (25·8-56·3) in the low-dose group, and 5·2 μg/mL (3·5-7·6) in the placebo group, with respective response rates of 96% (95% CI 85·7-99·5), 96% (86·5-99·5), and 5% (0·1-24·9). Geometric mean concentrations decreased by day 180 to 25·5 μg/mL (95% CI 20·6-31·5) in the high-dose group, 22·1 μg/mL (19·3-28·6) in the low-dose group, and 3·2 μg/mL (2·4-4·9) in the placebo group. 28 (57%) participants given high-dose vaccine and 31 (61%) participants given low-dose vaccine developed glycoprotein-specific CD4 cell responses, and 33 (67%) and 35 (69%), respectively, developed CD8 responses. INTERPRETATION: ChAd3-EBO-Z was safe and well tolerated, although mild to moderate systemic adverse events were common. A single dose was immunogenic in almost all vaccine recipients. Antibody responses were still significantly present at 6 months. There was no significant difference between doses for safety and immunogenicity outcomes. This acceptable safety profile provides a reliable basis to proceed with phase 2 and phase 3 efficacy trials in Africa. FUNDING: Swiss State Secretariat for Education, Research and Innovation (SERI), through the EU Horizon 2020 Research and Innovation Programme.

Valeur diagnostique du rapport CD103+CD4+/CD4+ pour différencier la sarcoïdose d'autres causes de lymphocytose alvéolaire.

Introduction: CD103 is a specific integrin present on some CD4+ lymphocytes of the mucosal immune system. It has been hypothesized that most CD4+ lymphocytes in pulmonary sarcoidosis do not originate from mucosal sites but from redistribution from the peripheral blood, and therefore do not bear the CD103 integrin. Several studies have suggested that a low CD103+ percentage among bronchoalveolar lavage (BAL) CD4+ lymphocytes discriminates between sarcoidosis and other causes of lymphocytic alveolitis, but contradictory data exist. Methods: We reviewed 1151 consecutive patients with BAL lymphocytosis >10% and flow cytometry performed between 2006 and 2014. 944 cases were excluded due to poor BAL quality (n= 97), unavailable clinical data (n= 760), or unclear diagnosis (n= 87). The remaining 207 patients were grouped into 9 diagnostic categories. To assess the discriminative value of the CD103+CD4+/CD4+ ratio to distinguish sarcoidosis from the other entities, area under ROC curves (AUC) were determined. Results: Sarcoidosis patients (n=53) had a lower CD103+CD4+/CD4+ ratio than the other diagnostic categories. AUC was 62% for sarcoidosis compared to all other patients and 69% for sarcoidosis compared to other interstitial lung diseases. When combining CD103+CD4+/CD4+ and CD4+/CD8+ ratios, AUC increased to 76% and 78% respectively. When applying published cut-offs from 4 previous studies to our population, AUC varied between 54 and 73%. Conclusions: The CD103+CD4+/CD4+ ratio does not accurately discriminate between sarcoidosis and other causes of lymphocytic alveolitis, neither alone nor in combination with CD4+/CD8+ ratio, and is not a relevant marker for the diagnosis of sarcoidosis.