Segmentation of Head and Neck Lymph Node Regions for Radiotherapy Planning Using Active Contour-Based Atlas Registration

In this paper, we present the segmentation of the headand neck lymph node regions using a new active contourbased atlas registration model. We propose to segment thelymph node regions without directly including them in theatlas registration process; instead, they are segmentedusing the dense deformation field computed from theregistration of the atlas structures with distinctboundaries. This approach results in robust and accuratesegmentation of the lymph node regions even in thepresence of significant anatomical variations between theatlas-image and the patient's image to be segmented. Wealso present a quantitative evaluation of lymph noderegions segmentation using various statistical as well asgeometrical metrics: sensitivity, specificity, dicesimilarity coefficient and Hausdorff distance. Acomparison of the proposed method with two other state ofthe art methods is presented. The robustness of theproposed method to the atlas selection, in segmenting thelymph node regions, is also evaluated.

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.

Accuracy of out-of-field dose calculation of tomotherapy and cyberknife treatment planning systems: A dosimetric study.

PURPOSE: Late toxicities such as second cancer induction become more important as treatment outcome improves. Often the dose distribution calculated with a commercial treatment planning system (TPS) is used to estimate radiation carcinogenesis for the radiotherapy patient. However, for locations beyond the treatment field borders, the accuracy is not well known. The aim of this study was to perform detailed out-of-field-measurements for a typical radiotherapy treatment plan administered with a Cyberknife and a Tomotherapy machine and to compare the measurements to the predictions of the TPS. MATERIALS AND METHODS: Individually calibrated thermoluminescent dosimeters were used to measure absorbed dose in an anthropomorphic phantom at 184 locations. The measured dose distributions from 6 MV intensity-modulated treatment beams for CyberKnife and TomoTherapy machines were compared to the dose calculations from the TPS. RESULTS: The TPS are underestimating the dose far away from the target volume. Quantitatively the Cyberknife underestimates the dose at 40cm from the PTV border by a factor of 60, the Tomotherapy TPS by a factor of two. If a 50% dose uncertainty is accepted, the Cyberknife TPS can predict doses down to approximately 10 mGy/treatment Gy, the Tomotherapy-TPS down to 0.75 mGy/treatment Gy. The Cyberknife TPS can then be used up to 10cm from the PTV border the Tomotherapy up to 35cm. CONCLUSIONS: We determined that the Cyberknife and Tomotherapy TPS underestimate substantially the doses far away from the treated volume. It is recommended not to use out-of-field doses from the Cyberknife TPS for applications like modeling of second cancer induction. The Tomotherapy TPS can be used up to 35cm from the PTV border (for a 390 cm(3) large PTV).

Comparisons of Preoperative Three-Dimensional Planning and Surgical Reconstruction in Primary Cementless Total Hip Arthroplasty

La planification scanographique (3D) a démontré son utilité pour une reconstruction anatomique plus précise de la hanche (longueur du fémur, centre de rotation, offset, antéversion et rétroversion). Des études ont montré que lors de la planification 2D 50% seulement correspondaient à l'implant définitif du fémur alors que dans une autre étude ce taux s'élevait à 94% pour une planification 3D. Les erreurs étaient liées à l'agrandissement des radiographies. L'erreur sur la taille de la tige est liée à l'estimation inadéquate de la morphologie osseuse ainsi qu'à la densité osseuse. L'erreur de l'antéversion, augmentée par l'inclinaison du bassin, a pu être éliminée par la planification 3D et l'offset restauré dans 98%. Cette étude est basée sur une nouvelle technique de planification scanographique en trois dimensions pour une meilleure précision de la reconstruction de la hanche. Le but de cette étude est de comparer l'anatomie post-opératoire à celle préopératoire en comparant les tailles d'implant prévu lors de la planification 3D à celle réellement utilisée lors de l'opération afin de déterminer l'exactitude de la restauration anatomique avec étude des différents paramètres (centre de rotation, densité osseuse, L'offset fémoral, rotations des implants, longueur du membre) à l'aide du Logiciel HIP-PLAN (Symbios) avec évaluation de la reproductibilité de notre planification 3D dans une série prospective de 50 patients subissant une prothèse totale de hanche non cimentée primaire par voie antérieure. La planification pré-opératoire a été comparée à un CTscan postopératoire par fusion d'images. CONCLUSION ET PRESPECTIVE Les résultats obtenus sont les suivants : La taille de l'implant a été prédit correctement dans 100% des tiges, 94% des cupules et 88% des têtes (longueur). La différence entre le prévu et la longueur de la jambe postopératoire était de 0,3+2,3 mm. Les valeurs de décalage global, antéversion fémorale, inclinaison et antéversion de la cupule étaient 1,4 mm ± 3,1, 0,6 ± 3,3 0 -0,4 0 ± 5 et 6,9 ° ± 11,4, respectivement. Cette planification permet de prévoir la taille de l'implant précis. Position de la tige et de l'inclinaison de la cupule sont exactement reproductible. La planification scanographique préopératoire 3D permet une évaluation précise de l'anatomie individuelle des patients subissant une prothèse totale de hanche. La prédiction de la taille de l'implant est fiable et la précision du positionnement de la tige est excellente. Toutefois, aucun avantage n'est observée en termes d'orientation de la cupule par rapport aux études impliquant une planification 2D ou la navigation. De plus amples recherches comparant les différentes techniques de planification pré-opératoire à la navigation sont nécessaire.

Planning sleep-related animal and translational research

With the aim of improving human health, scientists have been using an approach referred to as translational research, in which they aim to convey their laboratory discoveries into clinical applications to help prevent and cure disease. Such discoveries often arise from cellular, molecular, and physiological studies that progress to the clinical level. Most of the translational work is done using animal models that share common genes, molecular pathways, or phenotypes with humans. In this article, we discuss how translational work is carried out in various animal models and illustrate its relevance for human sleep research and sleep-related disorders.

Electrical colonic stimultation reduces mean transit time in a porcine model

Rapport de synthèse : Introduction : La stimulation électrique représente une nouvelle modalité thérapeutique de divers troubles digestifs. Dans la constipation par exemple, le péristaltisme colique peut être activé par un système électrique alimenté par une batterie. La présente étude a pour but de démontrer l'impact d'une stimulation électrique directe du côlon sur le temps de transit moyen, en utilisant un modèle expérimental chronique porcin. L'effet de la stimulation et du matériel implanté dans la paroi colique est également évalué. Matériel et méthode : Trois paires d'électrodes ont été implantées dans la paroi cæcale de douze porcs anesthésiés. Avant implantation, un temps de transit colique de référence a été déterminé chez chaque animal par utilisation de marqueurs radio-opaques. Cette évaluation a été répétée quatre semaines après implantation, sous stimulation factice, et cinq semaines après implantation, sous stimulation électrique. Des trains séquentiels et aboraux de stimulation (10 V ; 120 Hz ; 1 ms) ont été appliqués quotidiennement durant six jours, en utilisant un stimulateur externe fonctionnant sur batteries. Pour chaque série de marqueurs, une valeur moyenne a été calculée à partir du temps de transit individuel des porcs. Un examen microscopique du cæcum a été systématiquement entrepris après sacrifice des animaux. Résultats : Une réduction du temps de transit moyen a été observée après stimulation électrique (19h ± 13 ; moyenne ± DS), comparativement au temps de référence (34h ± 7 ; p=0.045) et au temps de transit après stimulation factice (36h ± 9 ; p=0.035). L'examen histologique a montré la présence d'une inflammation chronique minime, autour des électrodes. Conclusion : Le temps de transit colique porcin peut être réduit, en conditions expérimentales chroniques, par une stimulation électrique directe et séquentielle de l'intestin. Des lésions tissulaires limitées ont été occasionnées par la stimulation ou le matériel implanté. La stimulation électrique colique représente certainement une approche prometteuse du traitement de certains troubles spécifiques du côlon, avant tout fonctionnels.

Electrical colonic stimultation reduces mean transit time in a porcine model

Rapport de synthèse : Introduction : La stimulation électrique représente une nouvelle modalité thérapeutique de divers troubles digestifs. Dans la constipation par exemple, le péristaltisme colique peut être activé par un système électrique alimenté par une batterie. La présente étude a pour but de démontrer l'impact d'une stimulation électrique directe du côlon sur le temps de transit moyen, en utilisant un modèle expérimental chronique porcin. L'effet de la stimulation et du matériel implanté dans la paroi colique est également évalué. Matériel et méthode : Trois paires d'électrodes ont été implantées dans la paroi cæcale de douze porcs anesthésiés. Avant implantation, un temps de transit colique de référence a été déterminé chez chaque animal par utilisation de marqueurs radio-opaques. Cette évaluation a été répétée quatre semaines après implantation, sous stimulation factice, et cinq semaines après implantation, sous stimulation électrique. Des trains séquentiels et aboraux de stimulation (10 V ; 120 Hz ; 1 ms) ont été appliqués quotidiennement durant six jours, en utilisant un stimulateur externe fonctionnant sur batteries. Pour chaque série de marqueurs, une valeur moyenne a été calculée à partir du temps de transit individuel des porcs. Un examen microscopique du cæcum a été systématiquement entrepris après sacrifice des animaux. Résultats : Une réduction du temps de transit moyen a été observée après stimulation électrique (19h ± 13 ; moyenne ± DS), comparativement au temps de référence (34h ± 7 ; p=0.045) et au temps de transit après stimulation factice (36h ± 9 ; p=0.035). L'examen histologique a montré la présence d'une inflammation chronique minime, autour des électrodes. Conclusion : Le temps de transit colique porcin peut être réduit, en conditions expérimentales chroniques, par une stimulation électrique directe et séquentielle de l'intestin. Des lésions tissulaires limitées ont été occasionnées par la stimulation ou le matériel implanté. La stimulation électrique colique représente certainement une approche prometteuse du traitement de certains troubles spécifiques du côlon, avant tout fonctionnels.

Simulit, un modèle de simulation pour la planification hospitalière. [Simulit, a simulation model for hospital planning].

The aim of this computerized simulation model is to provide an estimate of the number of beds used by a population, taking into accounts important determining factors. These factors are demographic data of the deserved population, hospitalization rates, hospital case-mix and length of stay; these parameters can be taken either from observed data or from scenarii. As an example, the projected evolution of the number of beds in Canton Vaud for the period 1893-2010 is presented.

A new spin on a compositionalist predictive modelling framework for conservation planning: a tropical case study in Ecuador

Knowledge about spatial biodiversity patterns is a basic criterion for reserve network design. Although herbarium collections hold large quantities of information, the data are often scattered and cannot supply complete spatial coverage. Alternatively, herbarium data can be used to fit species distribution models and their predictions can be used to provide complete spatial coverage and derive species richness maps. Here, we build on previous effort to propose an improved compositionalist framework for using species distribution models to better inform conservation management. We illustrate the approach with models fitted with six different methods and combined using an ensemble approach for 408 plant species in a tropical and megadiverse country (Ecuador). As a complementary view to the traditional richness hotspots methodology, consisting of a simple stacking of species distribution maps, the compositionalist modelling approach used here combines separate predictions for different pools of species to identify areas of alternative suitability for conservation. Our results show that the compositionalist approach better captures the established protected areas than the traditional richness hotspots strategies and allows the identification of areas in Ecuador that would optimally complement the current protection network. Further studies should aim at refining the approach with more groups and additional species information.