Dense Deformation Field Estimation for Atlas Registration using the Active Contour Framework

In this paper, we propose a new paradigm to carry outthe registration task with a dense deformation fieldderived from the optical flow model and the activecontour method. The proposed framework merges differenttasks such as segmentation, regularization, incorporationof prior knowledge and registration into a singleframework. The active contour model is at the core of ourframework even if it is used in a different way than thestandard approaches. Indeed, active contours are awell-known technique for image segmentation. Thistechnique consists in finding the curve which minimizesan energy functional designed to be minimal when thecurve has reached the object contours. That way, we getaccurate and smooth segmentation results. So far, theactive contour model has been used to segment objectslying in images from boundary-based, region-based orshape-based information. Our registration technique willprofit of all these families of active contours todetermine a dense deformation field defined on the wholeimage. A well-suited application of our model is theatlas registration in medical imaging which consists inautomatically delineating anatomical structures. Wepresent results on 2D synthetic images to show theperformances of our non rigid deformation field based ona natural registration term. We also present registrationresults on real 3D medical data with a large spaceoccupying tumor substantially deforming surroundingstructures, which constitutes a high challenging problem.

Profound impact of uncomplicated pregnancy on diastolic, but not systolic pulse contour of aortic pressure

RESUME: L'objectif de cette étude était de déterminer l'impact de la grossesse non compliquée sur l'onde de pouls de la pression aortique centrale. Méthode 66 femmes au total avec une grossesse simple ont été réparties en trois groupes selon le stade de leur gestation: premier trimestre (T1, n=22), deuxième trimestre (T2, n=20) et troisième trimestre (T3, n=24). Le groupe contrôle (C, n=21) était constitué de femmes non enceintes, en bonne santé habituelle, prenant une contraception oestroprogestative. La tonométrie d'aplanation a été utilisée pour l'acquisition des ondes de pouls centrale un appareil disponible dans le commerce (SphygmoCor) permet l'enregistrement de l'onde de pouls périphérique avec un tonomètre d'aplanation de l'artère radiale au niveau du poignet, puis effectue sa transformation en sa forme centrale, grâce à une analyse de Fourrier et une fonction de transfert. L'influence des ondes réfléchies sur l'onde de pouls a été déterminée non seulement pendant la systole (augmentation systolique), comme on procède habituellement dans l'analyse de l'onde de pouls, mais aussi pendant la diastole (augmentation diastolique). Résultats Au cours de la grossesse, les pressions centrales systolique et diastolique sont restées inchangées et comparables aux valeurs mesurées chez les femmes qui ne sont pas enceintes. Dans le groupe contrôle, l'augmentation systolique s'élevait à 8.1±7.5% de la pression de pouls ; il n'y avait pas de différence statistiquement significative avec les valeurs obtenues chez les femmes enceintes, et ce, à n'importe quel stade de la grossesse (T1 : 4.6±11.4%, T2: 5.0±9.3%, T3 : 4.7±8.1%). Par contre, l'amplitude de l'augmentation diastolique diminuait avec la progression de la grossesse (C 6.5±2.4%, T1 : 5.2±3.1%, T2 : 3.8±2.6%; P=0.002 versus C; T3 : 2.3±2.0%; P<0.0001 versus C et P=0.004 versus T 1). Conclusion La grossesse ne modifie pas la forme de l'onde de pouls systolique centrale, ce qui implique de la part du système cardiovasculaire une adaptation fine à la demande croissante de flux sanguin, et ce, à tous les stades de la grossesse. Par contre, l'amplitude de l'onde de réflexion atteignant l'aorte pendant la diastole diminue progressivement au cours de la grossesse. Perspectives De récentes études montrent qu'une valeur anormalement haute de l'augmentation systolique de la pression centrale, comme on peut la déterminer avec la tonométrie d'aplanation, pourrait être un indice de trouble hypertensif de la grossesse débutant. Cette technique simple pourrait être d'autant plus facile à mettre en oeuvre si les valeurs normales pour l'augmentation systolique étaient indépendantes du stade de la grossesse, comme le suggèrent nos résultats, du moins pour les mesures prises en position assise.

Towards a resolution of conflicting models of illusory contour processing in humans.

Despite myriad studies, neurophysiologic mechanisms mediating illusory contour (IC) sensitivity remain controversial. Among the competing models one favors feed-forward effects within lower-tier cortices (V1/V2). Another situates IC sensitivity first within higher-tier cortices, principally lateral-occipital cortices (LOC), with later feedback effects in V1/V2. Still others postulate that LOC are sensitive to salient regions demarcated by the inducing stimuli, whereas V1/V2 effects specifically support IC sensitivity. We resolved these discordances by using misaligned line gratings, oriented either horizontally or vertically, to induce ICs. Line orientation provides an established assay of V1/V2 modulations independently of IC presence, and gratings lack salient regions. Electrical neuroimaging analyses of visual evoked potentials (VEPs) disambiguated the relative timing and localization of IC sensitivity with respect to that for grating orientation. Millisecond-by-millisecond analyses of VEPs and distributed source estimations revealed a main effect of grating orientation beginning at 65 ms post-stimulus onset within the calcarine sulcus that was followed by a main effect of IC presence beginning at 85 ms post-stimulus onset within the LOC. There was no evidence for differential processing of ICs as a function of the orientation of the grating. These results support models wherein IC sensitivity occurs first within the LOC.

Multi-Atlas based Segmentation of Head and Neck CT Images using Active Contour

This paper presents the segmentation of bilateral parotid glands in the Head and Neck (H&N) CT images using an active contour based atlas registration. We compare segmentation results from three atlas selection strategies: (i) selection of "single-most-similar" atlas for each image to be segmented, (ii) fusion of segmentation results from multiple atlases using STAPLE, and (iii) fusion of segmentation results using majority voting. Among these three approaches, fusion using majority voting provided the best results. Finally, we present a detailed evaluation on a dataset of eight images (provided as a part of H&N auto segmentation challenge conducted in conjunction with MICCAI-2010 conference) using majority voting strategy.

An active contour-based atlas registration model applied to automatic subthalamic nucleus targeting on MRI: method and validation.

This paper presents a new non parametric atlas registration framework, derived from the optical flow model and the active contour theory, applied to automatic subthalamic nucleus (STN) targeting in deep brain stimulation (DBS) surgery. In a previous work, we demonstrated that the STN position can be predicted based on the position of surrounding visible structures, namely the lateral and third ventricles. A STN targeting process can thus be obtained by registering these structures of interest between a brain atlas and the patient image. Here we aim to improve the results of the state of the art targeting methods and at the same time to reduce the computational time. Our simultaneous segmentation and registration model shows mean STN localization errors statistically similar to the most performing registration algorithms tested so far and to the targeting expert's variability. Moreover, the computational time of our registration method is much lower, which is a worthwhile improvement from a clinical point of view.

Active Contour-Based Segmentation of Head and Neck with Adaptive Atlas Selection

This paper presents automated segmentation of structuresin the Head and Neck (H\&N) region, using an activecontour-based joint registration and segmentation model.A new atlas selection strategy is also used. Segmentationis performed based on the dense deformation fieldcomputed from the registration of selected structures inthe atlas image that have distinct boundaries, onto thepatient's image. This approach results in robustsegmentation of the structures of interest, even in thepresence of tumors, or anatomical differences between theatlas and the patient image. For each patient, an atlasimage is selected from the available atlas-database,based on the similarity metric value, computed afterperforming an affine registration between each image inthe atlas-database and the patient's image. Unlike manyof the previous approaches in the literature, thesimilarity metric is not computed over the entire imageregion; rather, it is computed only in the regions ofsoft tissue structures to be segmented. Qualitative andquantitative evaluation of the results is presented.

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.

Rôle de la bradykinine dans l'hypotension induite par le fragment actif dérivé du facteur XII [Role of bradykinin in hypotension induced by the active factor derived from factor XII]

The active fragment derived from factor XII (factor XIIf) was purified from human plasma and administered intravenously to normotensive conscious rats. Factor XIIf-mediated hypotension was dose-dependent and augmented by pretreatment with captopril, an inhibitor of the angiotensin I- and bradykinin-processing enzyme. In contrast, factor XIIf-induced hypotension was not enhanced by blockade of the renin-angiotensin system by saralasin, a competitive antagonist of angiotensin II at the vascular receptor level. These results suggest that factor XIIf-mediated hypotension is due to the formation of bradykinin.

Active deformation fields: dense deformation field estimation for atlas-based segmentation using the active contour framework.

This paper presents a new and original variational framework for atlas-based segmentation. The proposed framework integrates both the active contour framework, and the dense deformation fields of optical flow framework. This framework is quite general and encompasses many of the state-of-the-art atlas-based segmentation methods. It also allows to perform the registration of atlas and target images based on only selected structures of interest. The versatility and potentiality of the proposed framework are demonstrated by presenting three diverse applications: In the first application, we show how the proposed framework can be used to simulate the growth of inconsistent structures like a tumor in an atlas. In the second application, we estimate the position of nonvisible brain structures based on the surrounding structures and validate the results by comparing with other methods. In the final application, we present the segmentation of lymph nodes in the Head and Neck CT images, and demonstrate how multiple registration forces can be used in this framework in an hierarchical manner.

Pin guidance of reconstruction plate contour: an expanded role of external fixation

This article presents a modification of intraoperative external fixation for mandibular reconstruction with free tissue flaps. This technique is indicated when preregistration of the reconstruction plate is not possible due to transmandibular tumor extension. Once standard external fixation has been carried out and prior to segmental mandibulectomy, additional pins are fixed to the connecting rod that delineate the mandibular contour in three-dimensional (3D) space. Following mandibulectomy, these pins allow accurate contouring of the reconstruction plate and improved restoration of mandibular contour, projection, and dental occlusion. A step-by-step description of the technique using models and intraoperative photos is presented. This method of mandibular reconstruction is a simple and time-effective alternative to intraoperative computer navigation and 3D modeling in select cases of oral carcinoma where tumor infiltration of the outer mandibular cortex precludes prebending of the reconstruction plates.

Body taping for contour surgery.

BACKGROUND: Preoperative marking is of primary importance in body contouring and when precise simulation of skin excisions is difficult. Because the "cut as you go" principle can be delicate, especially in patients after massive weight loss, a simple and quick method is needed for preoperative planning. We suggest an approach that helps visualize the optimal skin incision lines and simulates the postoperative result by body taping. METHODS: Twelve patients who underwent abdominal contouring, including classic and vertical abdominoplasties as well as dog ear and scar revision, were prospectively analyzed. The skin to be excised was preoperatively folded, taped, and then marked. The area marked was measured and compared with the actual intraoperatively resected area and the postoperative result was evaluated after 1 year by the patients and three surgeons. RESULTS: With body taping, an 83% congruence between the preoperative planning and the surgery was obtained and only two patients had additional skin resected. No wound dehiscence and flap necrosis occurred and patients as well as surgeons scored the final body contour positively. CONCLUSION: Body taping is a simple, quick, and economic method for planning contour surgery with high accuracy as demonstrated by the low rate of intraoperative changes of the planned resection and low complication rate.

Du retraité méritant au senior actif : genèse et transformations de la figure sociale de la vieillesse en Suisse

«Crise de l'assurance-vieillesse », «déséquilibre démographique», «vieillissement de la population », « faillite des systèmes de retraite », voilà des expressions qui occupent une place prépondérante dans tes discours portant sur l'avenir de la sécurité sociale aujourd'hui. Les autorités politiques suisses comme européennes font part de leur inquiétude face à la situation d'urgence que présenteraient les « sociétés vieillissantes ». En effet, alors que F assurance-vieillesse s'adressait initialement à une catégorie résiduelle de personnes qui parvenait à vivre plusieurs années au-delà de 65 ans, elle couvre maintenant près d'un cinquième de la population globale. Partant, les autorités fédérales appellent à une restriction des conditions d'accès à la rente de vieillesse. À première vue, les débats qui portent sur cette question dans l'arène politique relèvent de considérations essentiellement techniques liées aux conditions économiques de perpétuation de l'assurances-vieillesse. Il s'agit de modifier les règles d'accès à l'assurance ainsi que le montant des prestations afin d'assainir les caisses tout en faisant face à l'augmentation du nombre de retraités. Ce travail de thèse aborde cette question par une autre approche. Nous partons du postulat que les débats portant sur l'avenir de la politique de la vieillesse sont révélateurs d'une lutte entre acteurs du champ de régulation sociale qui participent d'un travail d'élaboration d'une pensée d'Etat, au sens de P Bourdieu. Cette lutte a pour objet l'imposition de catégories de pensées, soit la définition de ce qu'est un âgé aujourd'hui et de ce qu'il est moralement acceptable d'attendre de lui Nous montrons que cette question peut être comprise à l'aune de l'histoire du traitement social de la vieillesse dont nous relatons ici la genèse et les transformations. Nous soulignons également combien cette pensée d'Etat marque la manière dont les retraités aujourd'hui cherchent à se valoriser face à la déstabilisation de leur statut social. Summary "Crisis of social insurance for older people", "demographic imbalance", "aging of the population", "bankruptcy of pensions systems" ; these are some of the many expressions that today play a importance part in discussion about the future of social security. The Swiss and European political authorities show they are concerned about the crisis that "aging societies" are said to be facing. Indeed, while social insurance for old age used to concern a residual category of people who managet! to live to more than 65 years old, it now covers about a fifth of the global population. Hence, the Federal authorities are calling for a tightening of the conditions for access to retirement benefits. At first glance, the debates in the political arena »elated to (his question mainly deal with technical considerations linked to the economic conditions for the perpetuation of the insurance for old age. Ease of access and the level of the benefits have to be reduced in order to balance the funds, in the face of the rise of the number beneficiaries. This thesis study addresses this question through a different approach. We start from the proposition that debates concerning the future of social policy for old age reveal a struggle between those involved in (he field of social regulation ; this struggle is part of the development of the thought of the State as conceived by P. Bourdieu. The aim of this fight is to impose normative categories of thought, that is to say in relation to our subject, the definition of what an older person is today and what is morally acceptable to expect of him or her. We show that this question can be understood in the light of the the history of the social treatment of old age that we report here. Moreover, we show that this thought of the State explains the way retired people seek to value themselves and confront the destabilisation of their social status.

Une approche philosophique de la médecine des confins de la vie, pour le patient Alzheimer ou en soins palliatifs

Résumé. Mon travail s'articule en deux parties, chacune formée de deux chapitres, consacrées successivement au faire et à l'être, pour passer sans cesse du medicus faber au medicus sapiens, deux identités en interaction constante, pour une médecine des confins de la vie qui se veut responsable. I. La question du faire pour la médecine des confins de la vie. -Le premier chapitre sera dédié à la démesure, l'hybris de notre médecine moderne. L'action de Prométhée, par le feu donné, me permettra d'acquérir le savoir, la science nécessaire à un artisanat d'honnête homme. Il s'agit de faire juste car, sans cela, la médecine est une imposture. Inverser les priorités, privilégier la culture de l'être au détriment des compétences du faire, risque bien de déboucher sur la tromperie d'un pseudo être qui recouvre une incompétence coupable. Mais la foi dans le faire seul, dans une action détachée d'une réflexion critique prenant en compte l'être, mène à l'hybris, à la démesure de l'homme qui se croit et se proclame Dieu. Et nous voici ainsi menés face à Némésis, la vengeance qui punit l'hybris. -Dans le deuxième chapitre, cette action, y compris dans sa tendance à la démesure, l'hybris, se verra plongée dans l'utilitarisme qui imprègne la pensée occidentale moderne et oriente tout notre contexte moral objectif, ce bruissement ambiant d'idées qui baigne et infléchit notre réflexion quotidienne. Nous verrons, dans le chapitre dédié à cette grammaire éthique, que lorsqu'il s'agit de donner au plus grand nombre le plus de bonheur possible, les patients des confins de la vie se trouvent toujours du côté des perdants, des sacrifiés du bonheur. Cette part de mon travail me permettra de poser les principes de l'utilitarisme et d'en critiquer tant les fondements que les applications dans le cadre de la médecine des confins de la vie. Puis la politique, qui gère les affaires de la Cité, entrera en jeu et l'étai de pénurie, de différence entre les besoins réels ou ressentis et les ressources, donnera un cadre contraignant à cette réflexion communautaire. J'examinerai de manière critique diverses facettes des solutions proposées par la pensée utilitariste puis chercherai avec John Rawls et Antigone la manière la plus sage d'atteindre, selon le mot de Ricoeur, «une vie bonne avec et pour les autres dans une société juste. » II : La question de l'être pour la médecine des confins de la vie -Dans le troisième chapitre, consacré à la dignité, je tenterai de cerner cette idée pour le patient des confins de la vie, et j'aborderai cette notion par deux chemins complémentaires et convergents : le temps congelé et le trou de dignité. Je m'interrogerai tout d'abord, réfléchissant quelque instant à propos de l'embryon congelé, sur le temps figé de celui qui, dans la démence, n'a plus ni hier ni demain. Suspendu dans un présent qui s'éternise, il échappe à la mortalité et à l'humaine condition jusqu'à ce que la mort le surprenne, de l'extérieur de lui-même. Pour réinscrire le patient dans sa temporalité, pour lui rendre sa mortalité propre et reconstruire ainsi son statut d'être humain, sa dignité, il nous faudra faire appel à ce que je nomme la contagion temporelle. Elle est le fait de l'entourage du patient, de celles et ceux qui forment son contexte, la famille et les proches comme les professionnels. Puis j'examinerai plusieurs significations du mot dignité, en particulier la dignité dite ontologique, liée à l'être, et celle que l'on peut dire conditionnelle, relative à divers attributs, comme le paraître ou la raison, dont l'homme peut être ou non pourvu. Entre ces deux dignités se creuse le trou de dignité toujours menaçant car il comporte l'idée d'une brisure, d'une frontière entre les hommes, qui distingue et sépare entre les humains, leur attribuant une valeur. Cette valeur réifie l'homme et menace ainsi la dignité de chacun. Le patient des confins de la vie, qu'il soit égaré dans l'intemporalité ou dans le trou de dignité, doit être impérativement maintenu dans la communauté comme dans la continuité de sa propre vie jusqu'à ce que sa propre mort marque l'achèvement de son propre chemin. Ce devoir, pour celles et ceux qui cheminent avec lui, de près ou de loin, échappe au particulier et au circonstanciel pour acquérir un statut normatif, catégorique et universel. -Dans le quatrième chapitre, deux philosophes nous permettront d'aspirer le trou de dignité jusqu'à le rendre virtuel. Avec Martin Buber, nous examinerons le rapport Je-Cela et la relation Je-Tu dans le contexte particulier des interactions qui unissent le patient des confins de sa vie et son médecin. Puis il nous faudra bien réaliser que cette relation se trouve mise en danger dans les Je-Tu brisés par la démence ou l'état confusionnel. Comment, dans les confins de la vie, maintenir la relation lorsque Tu n'en veut ou n'en peut plus ? Emmanuel Levinas, et le visage de l'autre qui m'oblige et m'en rend responsable absolument, viendra à la rescousse, nous permettant ainsi d'éviter au patient des confins la perte de son ultime dignité dans la Shoah intime qui le menace dans ce temps de la vie. Cette thèse va donc parcourir un chemin qui partant du faire ne pourra que me mener à un questionnement sur l'être. Il s'agit d'un travail d'homme actif qui a pour but, dans ma trajectoire de vie, de donner un sens à mon artisanat du soin. Nous verrons donc que le faire, l'acte, ne pourra que se montrer complémentaire de l'être, de la dignité et que ces deux approches tisseront et entremêleront leurs brins dans ce tapis chatoyant de la vie, de celle, de celui, qu'r en atteint les confins, comme de la mienne.