Feasibility of direct mapping of cerebral fluorodeoxy-D-glucose metabolism in situ at subcellular resolution using soft X-ray fluorescence.

Glucose metabolism is difficult to image with cellular resolution in mammalian brain tissue, particularly with (18) fluorodeoxy-D-glucose (FDG) positron emission tomography (PET). To this end, we explored the potential of synchrotron-based low-energy X-ray fluorescence (LEXRF) to image the stable isotope of fluorine (F) in phosphorylated FDG (DG-6P) at 1 μm(2) spatial resolution in 3-μm-thick brain slices. The excitation-dependent fluorescence F signal at 676 eV varied linearly with FDG concentration between 0.5 and 10 mM, whereas the endogenous background F signal was undetectable in brain. To validate LEXRF mapping of fluorine, FDG was administered in vitro and in vivo, and the fluorine LEXRF signal from intracellular trapped FDG-6P over selected brain areas rich in radial glia was spectrally quantitated at 1 μm(2) resolution. The subsequent generation of spatial LEXRF maps of F reproduced the expected localization and gradients of glucose metabolism in retinal Müller glia. In addition, FDG uptake was localized to periventricular hypothalamic tanycytes, whose morphological features were imaged simultaneously by X-ray absorption. We conclude that the high specificity of photon emission from F and its spatial mapping at ≤1 μm resolution demonstrates the ability to identify glucose uptake at subcellular resolution and holds remarkable potential for imaging glucose metabolism in biological tissue. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Improved SNR efficiency in gradient echo coronary MRA with high temporal resolution using parallel imaging.

Contemporary coronary magnetic resonance angiography techniques suffer from signal-to-noise ratio (SNR) constraints. We propose a method to enhance SNR in gradient echo coronary magnetic resonance angiography by using sensitivity encoding (SENSE). While the use of sensitivity encoding to improve SNR seems counterintuitive, it can be exploited by reducing the number of radiofrequency excitations during the acquisition window while lowering the signal readout bandwidth, therefore improving the radiofrequency receive to radiofrequency transmit duty cycle. Under certain conditions, this leads to improved SNR. The use of sensitivity encoding for improved SNR in three-dimensional coronary magnetic resonance angiography is investigated using numerical simulations and an in vitro and an in vivo study. A maximum 55% SNR enhancement for coronary magnetic resonance angiography was found both in vitro and in vivo, which is well consistent with the numerical simulations. This method is most suitable for spoiled gradient echo coronary magnetic resonance angiography in which a high temporal and spatial resolution is required.

Mixed spectral-structural classification of very high resolution images with summation kernels

In this paper, mixed spectral-structural kernel machines are proposed for the classification of very-high resolution images. The simultaneous use of multispectral and structural features (computed using morphological filters) allows a significant increase in classification accuracy of remote sensing images. Subsequently, weighted summation kernel support vector machines are proposed and applied in order to take into account the multiscale nature of the scene considered. Such classifiers use the Mercer property of kernel matrices to compute a new kernel matrix accounting simultaneously for two scale parameters. Tests on a Zurich QuickBird image show the relevance of the proposed method : using the mixed spectral-structural features, the classification accuracy increases of about 5%, achieving a Kappa index of 0.97. The multikernel approach proposed provide an overall accuracy of 98.90% with related Kappa index of 0.985.

MR-venography using high resolution True-FISP.

A new fast MR-venography approach using a high resolution True-FISP imaging sequence was investigated in 20 patients suffering from 23 deep vein thromboses. Diagnosis was proven by x-ray venography, CT or ultrasound examination. The presented technique allowed for clear thrombus visualization with a high contrast to the surrounding blood pool even in calf veins. Acquisition time was less than 10 minutes for imaging the pelvis and the legs. No contrast media was needed. The presented high resolution True-FISP MR-venography is a promising non-invasive, fast MR-venography approach for detection of deep venous thrombosis.

A high-resolution anatomical atlas of the transcriptome in the mouse embryo.

Ascertaining when and where genes are expressed is of crucial importance to understanding or predicting the physiological role of genes and proteins and how they interact to form the complex networks that underlie organ development and function. It is, therefore, crucial to determine on a genome-wide level, the spatio-temporal gene expression profiles at cellular resolution. This information is provided by colorimetric RNA in situ hybridization that can elucidate expression of genes in their native context and does so at cellular resolution. We generated what is to our knowledge the first genome-wide transcriptome atlas by RNA in situ hybridization of an entire mammalian organism, the developing mouse at embryonic day 14.5. This digital transcriptome atlas, the Eurexpress atlas (http://www.eurexpress.org), consists of a searchable database of annotated images that can be interactively viewed. We generated anatomy-based expression profiles for over 18,000 coding genes and over 400 microRNAs. We identified 1,002 tissue-specific genes that are a source of novel tissue-specific markers for 37 different anatomical structures. The quality and the resolution of the data revealed novel molecular domains for several developing structures, such as the telencephalon, a novel organization for the hypothalamus, and insight on the Wnt network involved in renal epithelial differentiation during kidney development. The digital transcriptome atlas is a powerful resource to determine co-expression of genes, to identify cell populations and lineages, and to identify functional associations between genes relevant to development and disease.

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.

Direct mapping of 19F in 19FDG-6P in brain tissue at subcellular resolution using soft X-ray fluorescence

Low energy x-ray fluorescence (LEXRF) detection was optimized for imaging cerebral glucose metabolism by mapping the fluorine LEXRF signal of 19 F in 19 FDG, trapped as intracellular 19 F-deoxyglucose-6-phosphate ( 19 FDG-6P) at 1μm spatial resolution from 3μm thick brain slices. 19 FDG metabolism was evaluated in brain structures closely resembling the general cerebral cytoarchitecture following formalin fixation of brain slices and their inclusion in an epon matrix. 2-dimensional distribution maps of 19 FDG-6P were placed in a cytoarchitectural and morphological context by simultaneous LEXRF mapping of N and O, and scanning transmission x-ray (STXM) imaging. A disproportionately high uptake and metabolism of glucose was found in neuropil relative to intracellular domains of the cell body of hypothalamic neurons, showing directly that neurons, like glial cells, also metabolize glucose. As 19 F-deoxyglucose-6P is structurally identical to 18 F-deoxyglucose-6P, LEXRF of subcellular 19 F provides a link to in vivo 18 FDG PET, forming a novel basis for understanding the physiological mechanisms underlying the 18 FDG PET image, and the contribution of neurons and glia to the PET signal.

Patterns of neurovascular compression in patients with classic trigeminal neuralgia: A high-resolution MRI-based study.

PURPOSE: To describe the anatomical characteristics and patterns of neurovascular compression in patients suffering classic trigeminal neuralgia (CTN), using high-resolution magnetic resonance imaging (MRI). MATERIALS AND METHODS: The analysis of the anatomy of the trigeminal nerve, brain stem and the vascular structures related to this nerve was made in 100 consecutive patients treated with a Gamma Knife radiosurgery for CTN between December 1999 and September 2004. MRI studies (T1, T1 enhanced and T2-SPIR) with axial, coronal and sagital simultaneous visualization were dynamically assessed using the software GammaPlan?. Three-dimensional reconstructions were also developed in some representative cases. RESULTS: In 93 patients (93%), there were one or several vascular structures in contact, either, with the trigeminal nerve, or close to its origin in the pons. The superior cerebellar artery was involved in 71 cases (76%). Other vessels identified were the antero-inferior cerebellar artery, the basilar artery, the vertebral artery, and some venous structures. Vascular compression was found anywhere along the trigeminal nerve. The mean distance between the nerve compression and the origin of the nerve in the brainstem was 3.76±2.9mm (range 0-9.8mm). In 39 patients (42%), the vascular compression was located proximally and in 42 (45%) the compression was located distally. Nerve dislocation or distortion by the vessel was observed in 30 cases (32%). CONCLUSIONS: The findings of this study are similar to those reported in surgical and autopsy series. This non-invasive MRI-based approach could be useful for diagnostic and therapeutic decisions in CTN, and it could help to understand its pathogenesis.

Development of a 3D very high-resolution seismic reflection system for lacustrine settings - a case study over a thrust fault zone in Lake Geneva

Un système efficace de sismique tridimensionnelle (3-D) haute-résolution adapté à des cibles lacustres de petite échelle a été développé. Dans le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, en Suisse, des investigations récentes en deux dimension (2-D) ont mis en évidence une zone de faille complexe qui a été choisie pour tester notre système. Les structures observées incluent une couche mince (<40 m) de sédiments quaternaires sub-horizontaux, discordants sur des couches tertiaires de molasse pentées vers le sud-est. On observe aussi la zone de faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau de la Molasse Subalpine. Deux campagnes 3-D complètes, d?environ d?un kilomètre carré, ont été réalisées sur ce site de test. La campagne pilote (campagne I), effectuée en 1999 pendant 8 jours, a couvert 80 profils en utilisant une seule flûte. Pendant la campagne II (9 jours en 2001), le nouveau système trois-flûtes, bien paramétrés pour notre objectif, a permis l?acquisition de données de très haute qualité sur 180 lignes CMP. Les améliorations principales incluent un système de navigation et de déclenchement de tirs grâce à un nouveau logiciel. Celui-ci comprend un contrôle qualité de la navigation du bateau en temps réel utilisant un GPS différentiel (dGPS) à bord et une station de référence près du bord du lac. De cette façon, les tirs peuvent être déclenchés tous les 5 mètres avec une erreur maximale non-cumulative de 25 centimètres. Tandis que pour la campagne I la position des récepteurs de la flûte 48-traces a dû être déduite à partir des positions du bateau, pour la campagne II elle ont pu être calculées précisément (erreur <20 cm) grâce aux trois antennes dGPS supplémentaires placées sur des flotteurs attachés à l?extrémité de chaque flûte 24-traces. Il est maintenant possible de déterminer la dérive éventuelle de l?extrémité des flûtes (75 m) causée par des courants latéraux ou de petites variations de trajet du bateau. De plus, la construction de deux bras télescopiques maintenant les trois flûtes à une distance de 7.5 m les uns des autres, qui est la même distance que celle entre les lignes naviguées de la campagne II. En combinaison avec un espacement de récepteurs de 2.5 m, la dimension de chaque «bin» de données 3-D de la campagne II est de 1.25 m en ligne et 3.75 m latéralement. L?espacement plus grand en direction « in-line » par rapport à la direction «cross-line» est justifié par l?orientation structurale de la zone de faille perpendiculaire à la direction «in-line». L?incertitude sur la navigation et le positionnement pendant la campagne I et le «binning» imprécis qui en résulte, se retrouve dans les données sous forme d?une certaine discontinuité des réflecteurs. L?utilisation d?un canon à air à doublechambre (qui permet d?atténuer l?effet bulle) a pu réduire l?aliasing observé dans les sections migrées en 3-D. Celui-ci était dû à la combinaison du contenu relativement haute fréquence (<2000 Hz) du canon à eau (utilisé à 140 bars et à 0.3 m de profondeur) et d?un pas d?échantillonnage latéral insuffisant. Le Mini G.I 15/15 a été utilisé à 80 bars et à 1 m de profondeur, est mieux adapté à la complexité de la cible, une zone faillée ayant des réflecteurs pentés jusqu?à 30°. Bien que ses fréquences ne dépassent pas les 650 Hz, cette source combine une pénétration du signal non-aliasé jusqu?à 300 m dans le sol (par rapport au 145 m pour le canon à eau) pour une résolution verticale maximale de 1.1 m. Tandis que la campagne I a été acquise par groupes de plusieurs lignes de directions alternées, l?optimisation du temps d?acquisition du nouveau système à trois flûtes permet l?acquisition en géométrie parallèle, ce qui est préférable lorsqu?on utilise une configuration asymétrique (une source et un dispositif de récepteurs). Si on ne procède pas ainsi, les stacks sont différents selon la direction. Toutefois, la configuration de flûtes, plus courtes que pour la compagne I, a réduit la couverture nominale, la ramenant de 12 à 6. Une séquence classique de traitement 3-D a été adaptée à l?échantillonnage à haute fréquence et elle a été complétée par deux programmes qui transforment le format non-conventionnel de nos données de navigation en un format standard de l?industrie. Dans l?ordre, le traitement comprend l?incorporation de la géométrie, suivi de l?édition des traces, de l?harmonisation des «bins» (pour compenser l?inhomogénéité de la couverture due à la dérive du bateau et de la flûte), de la correction de la divergence sphérique, du filtrage passe-bande, de l?analyse de vitesse, de la correction DMO en 3-D, du stack et enfin de la migration 3-D en temps. D?analyses de vitesse détaillées ont été effectuées sur les données de couverture 12, une ligne sur deux et tous les 50 CMP, soit un nombre total de 600 spectres de semblance. Selon cette analyse, les vitesses d?intervalles varient de 1450-1650 m/s dans les sédiments non-consolidés et de 1650-3000 m/s dans les sédiments consolidés. Le fait que l?on puisse interpréter plusieurs horizons et surfaces de faille dans le cube, montre le potentiel de cette technique pour une interprétation tectonique et géologique à petite échelle en trois dimensions. On distingue cinq faciès sismiques principaux et leurs géométries 3-D détaillées sur des sections verticales et horizontales: les sédiments lacustres (Holocène), les sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), la Molasse du Plateau, la Molasse Subalpine de la zone de faille (chevauchement) et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. Les couches de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine ont respectivement un pendage de ~8° et ~20°. La zone de faille comprend de nombreuses structures très déformées de pendage d?environ 30°. Des tests préliminaires avec un algorithme de migration 3-D en profondeur avant sommation et à amplitudes préservées démontrent que la qualité excellente des données de la campagne II permet l?application de telles techniques à des campagnes haute-résolution. La méthode de sismique marine 3-D était utilisée jusqu?à présent quasi-exclusivement par l?industrie pétrolière. Son adaptation à une échelle plus petite géographiquement mais aussi financièrement a ouvert la voie d?appliquer cette technique à des objectifs d?environnement et du génie civil.<br/><br/>An efficient high-resolution three-dimensional (3-D) seismic reflection system for small-scale targets in lacustrine settings was developed. In Lake Geneva, near the city of Lausanne, Switzerland, past high-resolution two-dimensional (2-D) investigations revealed a complex fault zone (the Paudèze thrust zone), which was subsequently chosen for testing our system. Observed structures include a thin (<40 m) layer of subhorizontal Quaternary sediments that unconformably overlie southeast-dipping Tertiary Molasse beds and the Paudèze thrust zone, which separates Plateau and Subalpine Molasse units. Two complete 3-D surveys have been conducted over this same test site, covering an area of about 1 km2. In 1999, a pilot survey (Survey I), comprising 80 profiles, was carried out in 8 days with a single-streamer configuration. In 2001, a second survey (Survey II) used a newly developed three-streamer system with optimized design parameters, which provided an exceptionally high-quality data set of 180 common midpoint (CMP) lines in 9 days. The main improvements include a navigation and shot-triggering system with in-house navigation software that automatically fires the gun in combination with real-time control on navigation quality using differential GPS (dGPS) onboard and a reference base near the lake shore. Shots were triggered at 5-m intervals with a maximum non-cumulative error of 25 cm. Whereas the single 48-channel streamer system of Survey I requires extrapolation of receiver positions from the boat position, for Survey II they could be accurately calculated (error <20 cm) with the aid of three additional dGPS antennas mounted on rafts attached to the end of each of the 24- channel streamers. Towed at a distance of 75 m behind the vessel, they allow the determination of feathering due to cross-line currents or small course variations. Furthermore, two retractable booms hold the three streamers at a distance of 7.5 m from each other, which is the same distance as the sail line interval for Survey I. With a receiver spacing of 2.5 m, the bin dimension of the 3-D data of Survey II is 1.25 m in in-line direction and 3.75 m in cross-line direction. The greater cross-line versus in-line spacing is justified by the known structural trend of the fault zone perpendicular to the in-line direction. The data from Survey I showed some reflection discontinuity as a result of insufficiently accurate navigation and positioning and subsequent binning errors. Observed aliasing in the 3-D migration was due to insufficient lateral sampling combined with the relatively high frequency (<2000 Hz) content of the water gun source (operated at 140 bars and 0.3 m depth). These results motivated the use of a double-chamber bubble-canceling air gun for Survey II. A 15 / 15 Mini G.I air gun operated at 80 bars and 1 m depth, proved to be better adapted for imaging the complexly faulted target area, which has reflectors dipping up to 30°. Although its frequencies do not exceed 650 Hz, this air gun combines a penetration of non-aliased signal to depths of 300 m below the water bottom (versus 145 m for the water gun) with a maximum vertical resolution of 1.1 m. While Survey I was shot in patches of alternating directions, the optimized surveying time of the new threestreamer system allowed acquisition in parallel geometry, which is preferable when using an asymmetric configuration (single source and receiver array). Otherwise, resulting stacks are different for the opposite directions. However, the shorter streamer configuration of Survey II reduced the nominal fold from 12 to 6. A 3-D conventional processing flow was adapted to the high sampling rates and was complemented by two computer programs that format the unconventional navigation data to industry standards. Processing included trace editing, geometry assignment, bin harmonization (to compensate for uneven fold due to boat/streamer drift), spherical divergence correction, bandpass filtering, velocity analysis, 3-D DMO correction, stack and 3-D time migration. A detailed semblance velocity analysis was performed on the 12-fold data set for every second in-line and every 50th CMP, i.e. on a total of 600 spectra. According to this velocity analysis, interval velocities range from 1450-1650 m/s for the unconsolidated sediments and from 1650-3000 m/s for the consolidated sediments. Delineation of several horizons and fault surfaces reveal the potential for small-scale geologic and tectonic interpretation in three dimensions. Five major seismic facies and their detailed 3-D geometries can be distinguished in vertical and horizontal sections: lacustrine sediments (Holocene) , glaciolacustrine sediments (Pleistocene), Plateau Molasse, Subalpine Molasse and its thrust fault zone. Dips of beds within Plateau and Subalpine Molasse are ~8° and ~20°, respectively. Within the fault zone, many highly deformed structures with dips around 30° are visible. Preliminary tests with 3-D preserved-amplitude prestack depth migration demonstrate that the excellent data quality of Survey II allows application of such sophisticated techniques even to high-resolution seismic surveys. In general, the adaptation of the 3-D marine seismic reflection method, which to date has almost exclusively been used by the oil exploration industry, to a smaller geographical as well as financial scale has helped pave the way for applying this technique to environmental and engineering purposes.<br/><br/>La sismique réflexion est une méthode d?investigation du sous-sol avec un très grand pouvoir de résolution. Elle consiste à envoyer des vibrations dans le sol et à recueillir les ondes qui se réfléchissent sur les discontinuités géologiques à différentes profondeurs et remontent ensuite à la surface où elles sont enregistrées. Les signaux ainsi recueillis donnent non seulement des informations sur la nature des couches en présence et leur géométrie, mais ils permettent aussi de faire une interprétation géologique du sous-sol. Par exemple, dans le cas de roches sédimentaires, les profils de sismique réflexion permettent de déterminer leur mode de dépôt, leurs éventuelles déformations ou cassures et donc leur histoire tectonique. La sismique réflexion est la méthode principale de l?exploration pétrolière. Pendant longtemps on a réalisé des profils de sismique réflexion le long de profils qui fournissent une image du sous-sol en deux dimensions. Les images ainsi obtenues ne sont que partiellement exactes, puisqu?elles ne tiennent pas compte de l?aspect tridimensionnel des structures géologiques. Depuis quelques dizaines d?années, la sismique en trois dimensions (3-D) a apporté un souffle nouveau à l?étude du sous-sol. Si elle est aujourd?hui parfaitement maîtrisée pour l?imagerie des grandes structures géologiques tant dans le domaine terrestre que le domaine océanique, son adaptation à l?échelle lacustre ou fluviale n?a encore fait l?objet que de rares études. Ce travail de thèse a consisté à développer un système d?acquisition sismique similaire à celui utilisé pour la prospection pétrolière en mer, mais adapté aux lacs. Il est donc de dimension moindre, de mise en oeuvre plus légère et surtout d?une résolution des images finales beaucoup plus élevée. Alors que l?industrie pétrolière se limite souvent à une résolution de l?ordre de la dizaine de mètres, l?instrument qui a été mis au point dans le cadre de ce travail permet de voir des détails de l?ordre du mètre. Le nouveau système repose sur la possibilité d?enregistrer simultanément les réflexions sismiques sur trois câbles sismiques (ou flûtes) de 24 traces chacun. Pour obtenir des données 3-D, il est essentiel de positionner les instruments sur l?eau (source et récepteurs des ondes sismiques) avec une grande précision. Un logiciel a été spécialement développé pour le contrôle de la navigation et le déclenchement des tirs de la source sismique en utilisant des récepteurs GPS différentiel (dGPS) sur le bateau et à l?extrémité de chaque flûte. Ceci permet de positionner les instruments avec une précision de l?ordre de 20 cm. Pour tester notre système, nous avons choisi une zone sur le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, où passe la faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine. Deux campagnes de mesures de sismique 3-D y ont été réalisées sur une zone d?environ 1 km2. Les enregistrements sismiques ont ensuite été traités pour les transformer en images interprétables. Nous avons appliqué une séquence de traitement 3-D spécialement adaptée à nos données, notamment en ce qui concerne le positionnement. Après traitement, les données font apparaître différents faciès sismiques principaux correspondant notamment aux sédiments lacustres (Holocène), aux sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), à la Molasse du Plateau, à la Molasse Subalpine de la zone de faille et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. La géométrie 3-D détaillée des failles est visible sur les sections sismiques verticales et horizontales. L?excellente qualité des données et l?interprétation de plusieurs horizons et surfaces de faille montrent le potentiel de cette technique pour les investigations à petite échelle en trois dimensions ce qui ouvre des voies à son application dans les domaines de l?environnement et du génie civil.

Signalling value of maternal and paternal melanism in the barn owl : implication for the resolution of the lek paradox

Secondary sexual characters often signal qualities such as physiological processes associated with resistance to various sources of stress. When the expression of an ornament is not sex-limited, we can identify the costs and benefits of displaying a trait that is typical of its own sex or of the other sex. Indeed, the magnitude and sign of the covariation between physiology and the extent to which an ornament is expressed could differ between males and females if, for instance, the regulation of physiological processes is sensitive to sex hormones. Using data collected over 14 years in the nocturnal barn owl Tyto alba, we investigated how nestling body mass covaries with a heritable melanin-based sex-trait, females displaying on average larger black feather spots than males. Independently of nestling sex, year and time of the day large-spotted nestlings were heavier than small-spotted nestlings. In contrast, the magnitude and sign of the covariation between nestling body mass and the size of parental spots varied along the day in a way that depended on the year and parental gender. In poor years, offspring of smaller-spotted mothers were heavier throughout the resting period; in the morning, offspring sired by larger-spotted fathers were heavier than offspring of smaller-spotted fathers, while in the evening the opposite pattern was found. Thus, maternal and paternal coloration is differentially associated with behaviour or physiology, processes that are sensitive to time of the day and environmental factors. Interestingly, the covariation between offspring body mass and paternal coloration is more sensitive to these environmental factors than the covariation with maternal coloration. This indicates that the benefit of pairing with differently spotted males may depend on environmental conditions, which could help maintain genetic variation in the face of intense directional (sexual) selection.

The potential of 3T high-resolution magnetic resonance imaging for diagnosis, staging, and follow-up of retinoblastoma.

We demonstrate the value of high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) in diagnosing, staging, and follow-up of retinoblastoma during eye-saving treatment. We have included informative retinoblastoma cases scanned on a 3T MRI system from a retrospective retinoblastoma cohort from 2009 through 2013. We show that high-resolution MRI has the potential to detect small intraocular seeds, hemorrhage, and metastatic risk factors not visible with fundoscopy (e.g., optic nerve invasion and choroidal invasion), and treatment response. Unfortunately, however, the diagnostic accuracy of high-resolution MRI is not perfect, especially for subtle intraocular seeds or minimal postlaminar optic nerve invasion. The most important application of MRI is the detection of metastatic risk factors, as these cannot be found by fundoscopy and ultrasound.

Cardiovascular magnetic resonance imaging techniques for motion-suppressed multi-dimensional coronary artery imaging with high spatial and temporal resolution

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) peut fournir aux cardiologues des informations diagnostiques importantes sur l'état de la maladie de l'artère coronarienne dans les patients. Le défi majeur pour l'IRM cardiaque est de gérer toutes les sources de mouvement qui peuvent affecter la qualité des images en réduisant l'information diagnostique. Cette thèse a donc comme but de développer des nouvelles techniques d'acquisitions des images IRM, en changeant les techniques de compensation du mouvement, pour en augmenter l'efficacité, la flexibilité, la robustesse et pour obtenir plus d'information sur le tissu et plus d'information temporelle. Les techniques proposées favorisent donc l'avancement de l'imagerie des coronaires dans une direction plus maniable et multi-usage qui peut facilement être transférée dans l'environnement clinique. La première partie de la thèse s'est concentrée sur l'étude du mouvement des artères coronariennes sur des patients en utilisant la techniques d'imagerie standard (rayons x), pour mesurer la précision avec laquelle les artères coronariennes retournent dans la même position battement après battement (repositionnement des coronaires). Nous avons découvert qu'il y a des intervalles dans le cycle cardiaque, tôt dans la systole et à moitié de la diastole, où le repositionnement des coronaires est au minimum. En réponse nous avons développé une nouvelle séquence d'acquisition (T2-post) capable d'acquérir les données aussi tôt dans la systole. Cette séquence a été testée sur des volontaires sains et on a pu constater que la qualité de visualisation des artère coronariennes est égale à celle obtenue avec les techniques standard. De plus, le rapport signal sur bruit fourni par la séquence d'acquisition proposée est supérieur à celui obtenu avec les techniques d'imagerie standard. La deuxième partie de la thèse a exploré un paradigme d'acquisition des images cardiaques complètement nouveau pour l'imagerie du coeur entier. La technique proposée dans ce travail acquiert les données sans arrêt (free-running) au lieu d'être synchronisée avec le mouvement cardiaque. De cette façon, l'efficacité de la séquence d'acquisition est augmentée de manière significative et les images produites représentent le coeur entier dans toutes les phases cardiaques (quatre dimensions, 4D). Par ailleurs, l'auto-navigation de la respiration permet d'effectuer cette acquisition en respiration libre. Cette technologie rend possible de visualiser et évaluer l'anatomie du coeur et de ses vaisseaux ainsi que la fonction cardiaque en quatre dimensions et avec une très haute résolution spatiale et temporelle, sans la nécessité d'injecter un moyen de contraste. Le pas essentiel qui a permis le développement de cette technique est l'utilisation d'une trajectoire d'acquisition radiale 3D basée sur l'angle d'or. Avec cette trajectoire, il est possible d'acquérir continûment les données d'espace k, puis de réordonner les données et choisir les paramètres temporel des images 4D a posteriori. L'acquisition 4D a été aussi couplée avec un algorithme de reconstructions itératif (compressed sensing) qui permet d'augmenter la résolution temporelle tout en augmentant la qualité des images. Grâce aux images 4D, il est possible maintenant de visualiser les artères coronariennes entières dans chaque phase du cycle cardiaque et, avec les mêmes données, de visualiser et mesurer la fonction cardiaque. La qualité des artères coronariennes dans les images 4D est la même que dans les images obtenues avec une acquisition 3D standard, acquise en diastole Par ailleurs, les valeurs de fonction cardiaque mesurées au moyen des images 4D concorde avec les valeurs obtenues avec les images 2D standard. Finalement, dans la dernière partie de la thèse une technique d'acquisition a temps d'écho ultra-court (UTE) a été développée pour la visualisation in vivo des calcifications des artères coronariennes. Des études récentes ont démontré que les acquisitions UTE permettent de visualiser les calcifications dans des plaques athérosclérotiques ex vivo. Cepandent le mouvement du coeur a entravé jusqu'à maintenant l'utilisation des techniques UTE in vivo. Pour résoudre ce problème nous avons développé une séquence d'acquisition UTE avec trajectoire radiale 3D et l'avons testée sur des volontaires. La technique proposée utilise une auto-navigation 3D pour corriger le mouvement respiratoire et est synchronisée avec l'ECG. Trois échos sont acquis pour extraire le signal de la calcification avec des composants au T2 très court tout en permettant de séparer le signal de la graisse depuis le signal de l'eau. Les résultats sont encore préliminaires mais on peut affirmer que la technique développé peut potentiellement montrer les calcifications des artères coronariennes in vivo. En conclusion, ce travail de thèse présente trois nouvelles techniques pour l'IRM du coeur entier capables d'améliorer la visualisation et la caractérisation de la maladie athérosclérotique des coronaires. Ces techniques fournissent des informations anatomiques et fonctionnelles en quatre dimensions et des informations sur la composition du tissu auparavant indisponibles. CORONARY artery magnetic resonance imaging (MRI) has the potential to provide the cardiologist with relevant diagnostic information relative to coronary artery disease of patients. The major challenge of cardiac MRI, though, is dealing with all sources of motions that can corrupt the images affecting the diagnostic information provided. The current thesis, thus, focused on the development of new MRI techniques that change the standard approach to cardiac motion compensation in order to increase the efficiency of cardioavscular MRI, to provide more flexibility and robustness, new temporal information and new tissue information. The proposed approaches help in advancing coronary magnetic resonance angiography (MRA) in the direction of an easy-to-use and multipurpose tool that can be translated to the clinical environment. The first part of the thesis focused on the study of coronary artery motion through gold standard imaging techniques (x-ray angiography) in patients, in order to measure the precision with which the coronary arteries assume the same position beat after beat (coronary artery repositioning). We learned that intervals with minimal coronary artery repositioning occur in peak systole and in mid diastole and we responded with a new pulse sequence (T2~post) that is able to provide peak-systolic imaging. Such a sequence was tested in healthy volunteers and, from the image quality comparison, we learned that the proposed approach provides coronary artery visualization and contrast-to-noise ratio (CNR) comparable with the standard acquisition approach, but with increased signal-to-noise ratio (SNR). The second part of the thesis explored a completely new paradigm for whole- heart cardiovascular MRI. The proposed techniques acquires the data continuously (free-running), instead of being triggered, thus increasing the efficiency of the acquisition and providing four dimensional images of the whole heart, while respiratory self navigation allows for the scan to be performed in free breathing. This enabling technology allows for anatomical and functional evaluation in four dimensions, with high spatial and temporal resolution and without the need for contrast agent injection. The enabling step is the use of a golden-angle based 3D radial trajectory, which allows for a continuous sampling of the k-space and a retrospective selection of the timing parameters of the reconstructed dataset. The free-running 4D acquisition was then combined with a compressed sensing reconstruction algorithm that further increases the temporal resolution of the 4D dataset, while at the same time increasing the overall image quality by removing undersampling artifacts. The obtained 4D images provide visualization of the whole coronary artery tree in each phases of the cardiac cycle and, at the same time, allow for the assessment of the cardiac function with a single free- breathing scan. The quality of the coronary arteries provided by the frames of the free-running 4D acquisition is in line with the one obtained with the standard ECG-triggered one, and the cardiac function evaluation matched the one measured with gold-standard stack of 2D cine approaches. Finally, the last part of the thesis focused on the development of ultrashort echo time (UTE) acquisition scheme for in vivo detection of calcification in the coronary arteries. Recent studies showed that UTE imaging allows for the coronary artery plaque calcification ex vivo, since it is able to detect the short T2 components of the calcification. The heart motion, though, prevented this technique from being applied in vivo. An ECG-triggered self-navigated 3D radial triple- echo UTE acquisition has then been developed and tested in healthy volunteers. The proposed sequence combines a 3D self-navigation approach with a 3D radial UTE acquisition enabling data collection during free breathing. Three echoes are simultaneously acquired to extract the short T2 components of the calcification while a water and fat separation technique allows for proper visualization of the coronary arteries. Even though the results are still preliminary, the proposed sequence showed great potential for the in vivo visualization of coronary artery calcification. In conclusion, the thesis presents three novel MRI approaches aimed at improved characterization and assessment of atherosclerotic coronary artery disease. These approaches provide new anatomical and functional information in four dimensions, and support tissue characterization for coronary artery plaques.