Atlas-based segmentation of pathological brain MR images

We propose a method for brain atlas deformation inpresence of large space-occupying tumors, based on an apriori model of lesion growth that assumes radialexpansion of the lesion from its starting point. First,an affine registration brings the atlas and the patientinto global correspondence. Then, the seeding of asynthetic tumor into the brain atlas provides a templatefor the lesion. Finally, the seeded atlas is deformed,combining a method derived from optical flow principlesand a model of lesion growth (MLG). Results show that themethod can be applied to the automatic segmentation ofstructures and substructures in brains with grossdeformation, with important medical applications inneurosurgery, radiosurgery and radiotherapy.

Le Christ au miroir de la photographie contemporaine (1981-2011)

Depuis une trentaine d'années, les représentations de la figure de Jésus se sont multipliées en photographie. De la séquence narrative du photographe américain Duane Michals (Christ in New York, 1981) au chemin de croix de Wim Delvoye (Viae Crucis, 2006), en passant par la série I.N.R.I. (1997-98) de Bettina Rheims, les Photographies apocryphes (1994-98) d'Olivier Christinat, les Seven Bible Scenes (1998) de Rauf Mamedov, Ecce homo (1996-98) d'Elisabeth Ohlson, Jesus is my Homeboy (2003) de David LaChapelle ou encore South Soudan (2006) de Vanessa Beecroft, l'intérêt pour la figure christique dans le champ profane est incontestable. Le phénomène dépasse d'ailleurs les frontières géographiques, culturelles et confessionnelles.¦Cette thèse de doctorat réunit un important fonds iconographique qui démontre l'intérêt actuel pour la figure du Christ et la grande diversité des démarches et des profils des artistes. Cet important corpus est analysé selon trois perspectives. La première partie est consacrée au médium photographique, à ses liens étroits avec la sainte Face depuis le cliché du suaire de Turin en 1898, et depuis l'ambitieux projet photographique (1898) de Fred Holland Day qui incame le Christ dans ses nombreuses réinterprétations de la vie de Jésus.¦La deuxième partie de ce travail interroge l'emploi des formules iconographiques chrétiennes archétypales et questionne les références christiques utilisées par les artistes au travers de poses, d'attitudes, de gestes repris de chefs-d'oeuvre de l'art religieux, tant dans le domaine de la photographie d'art que dans la publicité ou la photographie de presse. L'usage du texte, la place des Ecritures dans les projets actuels sont aussi abordés, notamment autour de la question de la possibilité de raconter la vie de Jésus et des stratégies de mises en scène employées pour traduire les récits en images.¦Enfin, la dernière partie porte plus particulièrement sur les usages de la figure de Jésus, souvent alter ego de l'artiste, mais surtout porte-parole. À la suite des luttes socio- politiques des années 1970, la figure de Jésus est réinvestie par les minorités et Jésus incarne alors les combats d'artistes qui se réapproprient la représentation du Christ pour qu'elle corresponde à l'image qu'ils voient dans leur propre miroir (ex. Renee Cox, Yo Mama's Last Supper, 1996). Cet usage revendicateur, souvent doublé d'un goût non dissimulé pour la provocation (ex. Andres Serrano, Piss Christ, 1987), a souvent suscité la polémique. La question de la réception des oeuvres constitue un point essentiel de cette recherche qui tâche d'analyser la figure christique au miroir de la photographie contemporaine et qui conclut que le Christ est en réalité miroir des artistes eux-mêmes.

Dose reconstruction in the context of tomotherapy

In vivo dosimetry is a way to verify the radiation dose delivered to the patient in measuring the dose generally during the first fraction of the treatment. It is the only dose delivery control based on a measurement performed during the treatment. In today's radiotherapy practice, the dose delivered to the patient is planned using 3D dose calculation algorithms and volumetric images representing the patient. Due to the high accuracy and precision necessary in radiation treatments, national and international organisations like ICRU and AAPM recommend the use of in vivo dosimetry. It is also mandatory in some countries like France. Various in vivo dosimetry methods have been developed during the past years. These methods are point-, line-, plane- or 3D dose controls. A 3D in vivo dosimetry provides the most information about the dose delivered to the patient, with respect to ID and 2D methods. However, to our knowledge, it is generally not routinely applied to patient treatments yet. The aim of this PhD thesis was to determine whether it is possible to reconstruct the 3D delivered dose using transmitted beam measurements in the context of narrow beams. An iterative dose reconstruction method has been described and implemented. The iterative algorithm includes a simple 3D dose calculation algorithm based on the convolution/superposition principle. The methodology was applied to narrow beams produced by a conventional 6 MV linac. The transmitted dose was measured using an array of ion chambers, as to simulate the linear nature of a tomotherapy detector. We showed that the iterative algorithm converges quickly and reconstructs the dose within a good agreement (at least 3% / 3 mm locally), which is inside the 5% recommended by the ICRU. Moreover it was demonstrated on phantom measurements that the proposed method allows us detecting some set-up errors and interfraction geometry modifications. We also have discussed the limitations of the 3D dose reconstruction for dose delivery error detection. Afterwards, stability tests of the tomotherapy MVCT built-in onboard detector was performed in order to evaluate if such a detector is suitable for 3D in-vivo dosimetry. The detector showed stability on short and long terms comparable to other imaging devices as the EPIDs, also used for in vivo dosimetry. Subsequently, a methodology for the dose reconstruction using the tomotherapy MVCT detector is proposed in the context of static irradiations. This manuscript is composed of two articles and a script providing further information related to this work. In the latter, the first chapter introduces the state-of-the-art of in vivo dosimetry and adaptive radiotherapy, and explains why we are interested in performing 3D dose reconstructions. In chapter 2 a dose calculation algorithm implemented for this work is reviewed with a detailed description of the physical parameters needed for calculating 3D absorbed dose distributions. The tomotherapy MVCT detector used for transit measurements and its characteristics are described in chapter 3. Chapter 4 contains a first article entitled '3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements', which describes the dose reconstruction method and presents tests of the methodology on phantoms irradiated with 6 MV narrow photon beams. Chapter 5 contains a second article 'Stability of the Helical TomoTherapy HiArt II detector for treatment beam irradiations. A dose reconstruction process specific to the use of the tomotherapy MVCT detector is presented in chapter 6. A discussion and perspectives of the PhD thesis are presented in chapter 7, followed by a conclusion in chapter 8. The tomotherapy treatment device is described in appendix 1 and an overview of 3D conformai- and intensity modulated radiotherapy is presented in appendix 2. - La dosimétrie in vivo est une technique utilisée pour vérifier la dose délivrée au patient en faisant une mesure, généralement pendant la première séance du traitement. Il s'agit de la seule technique de contrôle de la dose délivrée basée sur une mesure réalisée durant l'irradiation du patient. La dose au patient est calculée au moyen d'algorithmes 3D utilisant des images volumétriques du patient. En raison de la haute précision nécessaire lors des traitements de radiothérapie, des organismes nationaux et internationaux tels que l'ICRU et l'AAPM recommandent l'utilisation de la dosimétrie in vivo, qui est devenue obligatoire dans certains pays dont la France. Diverses méthodes de dosimétrie in vivo existent. Elles peuvent être classées en dosimétrie ponctuelle, planaire ou tridimensionnelle. La dosimétrie 3D est celle qui fournit le plus d'information sur la dose délivrée. Cependant, à notre connaissance, elle n'est généralement pas appliquée dans la routine clinique. Le but de cette recherche était de déterminer s'il est possible de reconstruire la dose 3D délivrée en se basant sur des mesures de la dose transmise, dans le contexte des faisceaux étroits. Une méthode itérative de reconstruction de la dose a été décrite et implémentée. L'algorithme itératif contient un algorithme simple basé sur le principe de convolution/superposition pour le calcul de la dose. La dose transmise a été mesurée à l'aide d'une série de chambres à ionisations alignées afin de simuler la nature linéaire du détecteur de la tomothérapie. Nous avons montré que l'algorithme itératif converge rapidement et qu'il permet de reconstruire la dose délivrée avec une bonne précision (au moins 3 % localement / 3 mm). De plus, nous avons démontré que cette méthode permet de détecter certaines erreurs de positionnement du patient, ainsi que des modifications géométriques qui peuvent subvenir entre les séances de traitement. Nous avons discuté les limites de cette méthode pour la détection de certaines erreurs d'irradiation. Par la suite, des tests de stabilité du détecteur MVCT intégré à la tomothérapie ont été effectués, dans le but de déterminer si ce dernier peut être utilisé pour la dosimétrie in vivo. Ce détecteur a démontré une stabilité à court et à long terme comparable à d'autres détecteurs tels que les EPIDs également utilisés pour l'imagerie et la dosimétrie in vivo. Pour finir, une adaptation de la méthode de reconstruction de la dose a été proposée afin de pouvoir l'implémenter sur une installation de tomothérapie. Ce manuscrit est composé de deux articles et d'un script contenant des informations supplémentaires sur ce travail. Dans ce dernier, le premier chapitre introduit l'état de l'art de la dosimétrie in vivo et de la radiothérapie adaptative, et explique pourquoi nous nous intéressons à la reconstruction 3D de la dose délivrée. Dans le chapitre 2, l'algorithme 3D de calcul de dose implémenté pour ce travail est décrit, ainsi que les paramètres physiques principaux nécessaires pour le calcul de dose. Les caractéristiques du détecteur MVCT de la tomothérapie utilisé pour les mesures de transit sont décrites dans le chapitre 3. Le chapitre 4 contient un premier article intitulé '3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements', qui décrit la méthode de reconstruction et présente des tests de la méthodologie sur des fantômes irradiés avec des faisceaux étroits. Le chapitre 5 contient un second article intitulé 'Stability of the Helical TomoTherapy HiArt II detector for treatment beam irradiations'. Un procédé de reconstruction de la dose spécifique pour l'utilisation du détecteur MVCT de la tomothérapie est présenté au chapitre 6. Une discussion et les perspectives de la thèse de doctorat sont présentées au chapitre 7, suivies par une conclusion au chapitre 8. Le concept de la tomothérapie est exposé dans l'annexe 1. Pour finir, la radiothérapie «informationnelle 3D et la radiothérapie par modulation d'intensité sont présentées dans l'annexe 2.

Quality Assessment of Cardiac Magnetic Resonance Images at 1.5/3.0 T: Description and Validation of Standardized Criteria

PURPOSE: Cardiovascular magnetic resonance (CMR) has become a robust and important diagnostic imaging modality in cardiovascular medicine. However,insufficient image quality may compromise its diagnostic accuracy. No standardized criteria are available to assess the quality of CMR studies. We aimed todescribe and validate standardized criteria to evaluate the quality of CMR studies including: a) cine steady-state free precession, b) delayed gadoliniumenhancement, and c) adenosine stress first-pass perfusion. These criteria will serve for the assessment of the image quality in the setting of the Euro-CMR registry.METHOD AND MATERIALS: First, a total of 45 quality criteria were defined (35 qualitative criteria with a score from 0-3, and 10 quantitative criteria). Thequalitative score ranged from 0 to 105. The lower the qualitative score, the better the quality. The quantitative criteria were based on the absolute signal intensity (delayed enhancement) and on the signal increase (perfusion) of the anterior/posterior left ventricular wall after gadolinium injection. These criteria were then applied in 30 patients scanned with a 1.5T system and in 15 patients scanned with a 3.0T system. The examinations were jointly interpreted by 3 CMR experts and 1 study nurse. In these 45 patients the correlation between the results of the quality assessment obtained by the different readers was calculated.RESULTS: On the 1.5T machine, the mean quality score was 3.5. The mean difference between each pair of observers was 0.2 (5.7%) with a mean standarddeviation of 1.4. On the 3.0T machine, the mean quality score was 4.4. The mean difference between each pair of onservers was 0.3 (6.4%) with a meanstandard deviation of 1.6. The quantitative quality assessments between observers were well correlated for the 1.5T machine: R was between 0.78 and 0.99 (pCONCLUSION: The described criteria for the assessment of CMR image quality are robust and have a low inter-observer variability, especially on 1.5T systems.CLINICAL RELEVANCE/APPLICATION: These criteria will allow the standardization of CMR examinations. They will help to improve the overall quality ofexaminations and the comparison between clinical studies.

High-resolution seismic images of potentially seismogenic structures beneath the northwest Canterbury Plains, New Zealand

The transpressional boundary between the Australian and Pacific plates in the central South Island of New Zealand comprises the Alpine Fault and a broad region of distributed strain concentrated in the Southern Alps but encompassing regions further to the east, including the northwest Canterbury Plains. Low to moderate levels of seismicity (e. g., 2 > M 5 events since 1974 and 2 > M 4.0 in 2009) and Holocene sediments offset or disrupted along rare exposed active fault segments are evidence for ongoing tectonism in the northwest plains, the surface topography of which is remarkably flat and even. Because the geology underlying the late Quaternary alluvial fan deposits that carpet most of the plains is not established, the detailed tectonic evolution of this region and the potential for larger earthquakes is only poorly understood. To address these issues, we have processed and interpreted high-resolution (2.5 m subsurface sampling interval) seismic data acquired along lines strategically located relative to extensive rock exposures to the north, west, and southwest and rare exposures to the east. Geological information provided by these rock exposures offer important constraints on the interpretation of the seismic data. The processed seismic reflection sections image a variably thick layer of generally undisturbed younger (i.e., < 24 ka) Quaternary alluvial sediments unconformably overlying an older (> 59 ka) Quaternary sedimentary sequence that shows evidence of moderate faulting and folding during and subsequent to deposition. These Quaternary units are in unconformable contact with Late Cretaceous-Tertiary interbedded sedimentary and volcanic rocks that are highly faulted, folded, and tilted. The lowest imaged unit is largely reflection-free Permian Triassic basement rocks. Quaternary-age deformation has affected all the rocks underlying the younger alluvial sediments, and there is evidence for ongoing deformation. Eight primary and numerous secondary faults as well as a major anticlinal fold are revealed on the seismic sections. Folded sedimentary and volcanic units are observed in the hanging walls and footwalls of most faults. Five of the primary faults represent plausible extensions of mapped faults, three of which are active. The major anticlinal fold is the probable continuation of known active structure. A magnitude 7.1 earthquake occurred on 4 September 2010 near the southeastern edge of our study area. This predominantly right-lateral strike-slip event and numerous aftershocks (ten with magnitudes >= 5 within one week of the main event) highlight the primary message of our paper: that the generally flat and topographically featureless Canterbury Plains is underlain by a network of active faults that have the potential to generate significant earthquakes.