Rôle du cortex pariétal postérieur dans le processus d'intégration visuomotrice - connexions anatomiques avec le cortex moteur et activité cellulaire lors de la locomotion chez le chat

La progression d’un individu au travers d’un environnement diversifié dépend des informations visuelles qui lui permettent d’évaluer la taille, la forme ou même la distance et le temps de contact avec les obstacles dans son chemin. Il peut ainsi planifier en avance les modifications nécessaires de son patron locomoteur afin d’éviter ou enjamber ces entraves. Ce concept est aussi applicable lorsque le sujet doit atteindre une cible, comme un prédateur tentant d’attraper sa proie en pleine course. Les structures neurales impliquées dans la genèse des modifications volontaires de mouvements locomoteurs ont été largement étudiées, mais relativement peu d’information est présentement disponible sur les processus intégrant l’information visuelle afin de planifier ces mouvements. De nombreux travaux chez le primate suggèrent que le cortex pariétal postérieur (CPP) semble jouer un rôle important dans la préparation et l’exécution de mouvements d’atteinte visuellement guidés. Dans cette thèse, nous avons investigué la proposition que le CPP participe similairement dans la planification et le contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat. Dans notre première étude, nous avons examiné l’étendue des connexions cortico-corticales entre le CPP et les aires motrices plus frontales, particulièrement le cortex moteur, à l’aide d’injections de traceurs fluorescents rétrogrades. Nous avons cartographié la surface du cortex moteur de chats anesthésiés afin d’identifier les représentations somatotopiques distales et proximales du membre antérieur dans la partie rostrale du cortex moteur, la représentation du membre antérieur située dans la partie caudale de l’aire motrice, et enfin la représentation du membre postérieur. L’injection de différents traceurs rétrogrades dans deux régions motrices sélectionnées par chat nous a permis de visualiser la densité des projections divergentes et convergentes pariétales, dirigées vers ces sites moteurs. Notre analyse a révélé une organisation topographique distincte de connexions du CPP avec toutes les régions motrices identifiées. En particulier, nous avons noté que la représentation caudale du membre antérieur reçoit majoritairement des projections du côté rostral du sillon pariétal, tandis que la partie caudale du CPP projette fortement vers la représentation rostrale du membre antérieur. Cette dernière observation est particulièrement intéressante, parce que le côté caudal du sillon pariétal reçoit de nombreux inputs visuels et sa cible principale, la région motrice rostrale, est bien connue pour être impliquée dans les fonctions motrices volontaires. Ainsi, cette étude anatomique suggère que le CPP, au travers de connexions étendues avec les différentes régions somatotopiques du cortex moteur, pourrait participer à l’élaboration d’un substrat neural idéal pour des processus tels que la coordination inter-membre, intra-membre et aussi la modulation de mouvements volontaires sous guidage visuel. Notre deuxième étude a testé l’hypothèse que le CPP participe dans la modulation et la planification de la locomotion visuellement guidée chez le chat. En nous référant à la cartographie corticale obtenue dans nos travaux anatomiques, nous avons enregistré l’activité de neurones pariétaux, situés dans les portions des aires 5a et 5b qui ont de fortes connexions avec les régions motrices impliquées dans les mouvements de la patte antérieure. Ces enregistrements ont été effectués pendant une tâche de locomotion qui requiert l’enjambement d’obstacles de différentes tailles. En dissociant la vitesse des obstacles de celle du tapis sur lequel le chat marche, notre protocole expérimental nous a aussi permit de mettre plus d’emphase sur l’importance de l’information visuelle et de la séparer de l’influx proprioceptif généré pendant la locomotion. Nos enregistrements ont révélé deux groupes de cellules pariétales activées en relation avec l’enjambement de l’obstacle: une population, principalement située dans l’aire 5a, qui décharge seulement pendant le passage du membre au dessus del’entrave (cellules spécifiques au mouvement) et une autre, surtout localisée dans l’aire 5b, qui est activée au moins un cycle de marche avant l’enjambement (cellules anticipatrices). De plus, nous avons observé que l’activité de ces groupes neuronaux, particulièrement les cellules anticipatrices, était amplifiée lorsque la vitesse des obstacles était dissociée de celle du tapis roulant, démontrant l’importance grandissante de la vision lorsque la tâche devient plus difficile. Enfin, un grand nombre des cellules activées spécifiquement pendant l’enjambement démontraient une corrélation soutenue de leur activité avec le membre controlatéral, même s’il ne menait pas dans le mouvement (cellules unilatérales). Inversement, nous avons noté que la majorité des cellules anticipatrices avaient plutôt tendance à maintenir leur décharge en phase avec l’activité musculaire du premier membre à enjamber l’obstacle, indépendamment de sa position par rapport au site d’enregistrement (cellules bilatérales). Nous suggérons que cette disparité additionnelle démontre une fonction diversifiée de l’activité du CPP. Par exemple, les cellules unilatérales pourraient moduler le mouvement du membre controlatéral au-dessus de l’obstacle, qu’il mène ou suive dans l’ordre d’enjambement, tandis que les neurones bilatéraux sembleraient plutôt spécifier le type de mouvement volontaire requis pour éviter l’entrave. Ensembles, nos observations indiquent que le CPP a le potentiel de moduler l’activité des centres moteurs au travers de réseaux corticaux étendus et contribue à différents aspects de la locomotion sous guidage visuel, notamment l’initiation et l’ajustement de mouvements volontaires des membres antérieurs, mais aussi la planification de ces actions afin d’adapter la progression de l’individu au travers d’un environnement complexe.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

Cortical origin of functional recovery in the somatosensory cortex of the adult mouse after thalamic lesion

Résumé L'accident vasculaire cérébral sensoriel pur est un des syndromes lacunaires, dû à l'occlusion de petits vaisseaux cérébraux, souvent dans le cadre d'une lésion intéressant le noyau ventro-caudal du thalamus. Il produit un hémisyndrome sensitif pur, et parfois un syndrome douloureux se développe à distance de l'événement aigu. Afin d'étudier la récupération fonctionnelle dans le cortex somatosensoriel (SI) après une telle lésion dans le thalamus, un modèle de lésion excitotoxique a été développé dans le système somatosensoriel de la souris adulte, caractérisé par la présence de formations cytoarchitectoniques dans SI appelées "tonneaux". Chacun de ces tonneaux correspond à la représentation corticale d'une vibrisse du museau. L'activité métabolique a été mesurée dans SI à différents intervalles après la lésion, à l'aide de déoxyglucose marqué radioactivement. Dans les deux premiers jours suivant celle-ci, l'activité métabolique diminue de manière importante dans toutes les couches corticales, avec une atteinte plus marquée dans la couche IV, principale projection des axones thalamo-corticaux. Une récupération de l'activité métabolique se produit ensuite, d'autant plus marquée que le délai après la lésion est grand. Cette récupération s'observe dans toutes les couches coticales, les couches I et Vb récupérant plus rapidement que les couches II, III, IV, Va et VI. Cinq semaines après la lésion, l'absence des vibrisses correspondant à la partie déafférentée de SI diminue l'activité métabolique corticale de 32% et démontre l'activation par la périphérie de cette partie de l'écorce, malgré la perte des axones thalamo-corticaux provenant du noyau ventro-caudal. Des expériences de traçage rétrograde ont montré une augmentation des projections intracorticales sur la partie déafférentée de l'écorce, en particulier de longue distance, ainsi que des projections interhémisphériques, mais n'ont pas permis de mettre en évidence de nouvelle projection thalamique, indiquant une origine corticale à la récupération fonctionnelle observée. Abstract To study the degree and time course of the functional recovery in the somatosensory cortex (SI) after an excitotoxic lesion in the adult mouse thalamus, metabolic activity was determined in SI at various times points post lesion. Immediately after the lesion, metabolic activity in the thalamically deafferented part of SI was at its lowest value but increased progressively at subsequent time points. This was seen in all cortical layers, however, layers I and Vb recover more rapidly than layers II, III, IV, Va and VI. Removal of the mystacial whiskers corresponding to the deafferented area, 5 weeks after cortical recovery, produced a subsequent 32% drop in metabolic activity, demonstrating peripheral sensory activation of this part of the cortex. Tracing experiments revealed that the deafferented cortex did not receive a novel thalamic input, but cortico-cortical and contralateral barrel cortex projections to this area were reinforced. We conclude that the cortical functional recovery after a thalamic lesion is, at least partially, due to modified cortico-cortical and callosal projections to the deafferented cortical area.

Bilateral transitory projection to visual areas from auditory cortex in kittens.

A transitory projection from primary and secondary auditory areas to the contralateral and ipsilateral areas 17 and 18 exists in newborn kittens. Distinct neuronal populations project to ipsilateral areas 17-18, contralateral areas 17-18 and contralateral auditory cortex; they are at different depth in layers II, III, and IV. By postnatal day 38 the auditory to visual projections have been lost, apparently by elimination of axons rather than by neuronal death. While it was previously reported that the elimination of transitory axons is responsible for focusing the origin of callosal connections to restricted portions of sensory areas it now appears that similar events play a more general role in the organization of cortico-cortical networks. Indeed, the elimination of juvenile projections is largely responsible for determining which areas will be connected in the adult.

Effect of levodopa on cortico-striatal and cortico-cerebellar circuits in Parkinson's disease

La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus commune. Les symptômes principalement observés chez les patients atteints de la MP sont la rigidité, les tremblements, la bradykinésie et une instabilité posturale. Leur sévérité est souvent asymétrique. La cause principale de ces symptômes moteurs est la dégénérescence du circuit dopaminergique nigro-striatal qui mène à un débalancement d’activité du circuit cortico-striatal. Ce débalancement de circuits est le point essentiel de cette thèse. Dans les protocoles de recherche décrits ici, des patients atteints de la MP (avant et après une dose de levodopa) et des participants contrôles sains ont effectué des mouvements auto-initiés ou en réponse à des stimulis externes pendant que l’on mesurait leur activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Dans cette thèse, nous abordons et mettons en évidence quatre (4) points principaux. En première partie (chapitre 2), nous présentons un recensement de la littérature sur les cicruits cortico-striataux et cortico-cérébelleux dans la MP. En utilisant des méthodes de neuroimagerie, des changements d’activité cérébrale et cérébelleuse ont été observés chez les patients atteints de la MP comparés aux participants sains. Même si les augmentations d’activité du cervelet ont souvent été attribuées à des mécanismes compensatoires, nos résultats suggèrent qu’elles sont plus probablement liées aux changements pathophysiologiques de la MP et à la perturbation du circuit cortico-cérébelleux. En général, nous suggérons (1) que le circuit cortico-cérébelleux est perturbé chez les patients atteints de la MP, et que les changements d’activité du cervelet sont liés à la pathophysiologie de la MP plutôt qu’à des mécanismes compensatoires. En deuxième partie (chapitre 3), nous discutons des effets de la levodopa sur les hausses et baisses d’activité observés chez les patients atteints de la MP, ainsi que sur l’activité du putamen pendant les mouvements d’origine interne et externe. De nombreuses études en neuroimagerie ont montré une baisse d’activité (hypo-activité) préfrontale liée à la déplétion de dopamine. En revanche, l’utilisation de tâches cognitives a montré des augmentations d’activité (hyper-activité) corticale chez les patients atteints de la MP comparés aux participants sains. Nous avons suggéré précédemment que ces hypo- et hyper-activités des régions préfrontales dépendent de l’implication du striatum. Dans cette thèse nous suggérons de plus (2) que la levodopa ne rétablit pas ces hyper-activations, mais plutôt qu’elles sont liées à la perturbation du circuit méso-cortical, et aussi possiblement associées à l’administration de médication dopaminergique à long terme. Nous montrons aussi (3) que la levodopa a un effet non-spécifique à la tâche sur l’activité du circuit cortico-striatal moteur, et qu’elle n’a pas d’effet sur l’activité du circuit cortico-striatal cognitif. Nous montrons enfin (chapitre 4) que la levodopa a un effet asymétrique sur les mouvements de la main droite et gauche. À peu près 50% des patients atteints de la MP démontrent une asymétrie des symptômes moteurs, et ceci persiste à travers la durée de la maladie. Nos résultats suggèrent (4) que la levodopa pourrait avoir un plus grand effet sur les patrons d’activations des mouvements de la main la plus affectée.

A simple and effective inverse projection scheme for void distribution control in topology optimization

The ability to control both the minimum size of holes and the minimum size of structural members are essential requirements in the topology optimization design process for manufacturing. This paper addresses both requirements by means of a unified approach involving mesh-independent projection techniques. An inverse projection is developed to control the minimum hole size while a standard direct projection scheme is used to control the minimum length of structural members. In addition, a heuristic scheme combining both contrasting requirements simultaneously is discussed. Two topology optimization implementations are contributed: one in which the projection (either inverse or direct) is used at each iteration; and the other in which a two-phase scheme is explored. In the first phase, the compliance minimization is carried out without any projection until convergence. In the second phase, the chosen projection scheme is applied iteratively until a solution is obtained while satisfying either the minimum member size or minimum hole size. Examples demonstrate the various features of the projection-based techniques presented.

Distributed Estimation Over an Adaptive Incremental Network Based on the Affine Projection Algorithm

We study the problem of distributed estimation based on the affine projection algorithm (APA), which is developed from Newton`s method for minimizing a cost function. The proposed solution is formulated to ameliorate the limited convergence properties of least-mean-square (LMS) type distributed adaptive filters with colored inputs. The analysis of transient and steady-state performances at each individual node within the network is developed by using a weighted spatial-temporal energy conservation relation and confirmed by computer simulations. The simulation results also verify that the proposed algorithm provides not only a faster convergence rate but also an improved steady-state performance as compared to an LMS-based scheme. In addition, the new approach attains an acceptable misadjustment performance with lower computational and memory cost, provided the number of regressor vectors and filter length parameters are appropriately chosen, as compared to a distributed recursive-least-squares (RLS) based method.

Using multidimensional projection techniques for reaching a high distinguishing ability in biosensing

Recent advances in the control of molecular engineering architectures have allowed unprecedented ability of molecular recognition in biosensing, with a promising impact for clinical diagnosis and environment control. The availability of large amounts of data from electrical, optical, or electrochemical measurements requires, however, sophisticated data treatment in order to optimize sensing performance. In this study, we show how an information visualization system based on projections, referred to as Projection Explorer (PEx), can be used to achieve high performance for biosensors made with nanostructured films containing immobilized antigens. As a proof of concept, various visualizations were obtained with impedance spectroscopy data from an array of sensors whose electrical response could be specific toward a given antibody (analyte) owing to molecular recognition processes. In addition to discussing the distinct methods for projection and normalization of the data, we demonstrate that an excellent distinction can be made between real samples tested positive for Chagas disease and Leishmaniasis, which could not be achieved with conventional statistical methods. Such high performance probably arose from the possibility of treating the data in the whole frequency range. Through a systematic analysis, it was inferred that Sammon`s mapping with standardization to normalize the data gives the best results, where distinction could be made of blood serum samples containing 10(-7) mg/mL of the antibody. The method inherent in PEx and the procedures for analyzing the impedance data are entirely generic and can be extended to optimize any type of sensor or biosensor.

Reliability of the input-output properties of the cortico-spinal pathway obtained from transcranial magnetic and electrical stimulation

The purpose of this experiment was to assess the test-retest reliability of input-output parameters of the cortico-spinal pathway derived from transcranial magnetic (TMS) and electrical (TES) stimulation at rest and during muscle contraction. Motor evoked potentials (MEPs) were recorded from the first dorsal interosseous muscle of eight individuals on three separate days. The intensity of TMS at rest was varied from 5% below threshold to the maximal output of the stimulator. During trials in which the muscle was active, TMS and TES intensities were selected that elicited MEPs of between 150 and 300 X at rest. MEPs were evoked while the participants exerted torques up to 50% of their maximum capacity. The relationship between MEP size and stimulus intensity at rest was sigmoidal (R-2 = 0.97). Intra-class correlation coefficients (ICC) ranged between 0.47 and 0.81 for the parameters of the sigmoid function. For the active trials, the slope and intercept of regression equations of MEP size on level of background contraction were obtained more reliably for TES (ICC = 0.63 and 0.78, respectively) than for TMS (ICC = 0.50 and 0.53, respectively), These results suggest that input-output parameters of the cortico-spinal pathway may be reliably obtained via transcranial stimulation during longitudinal investigations of cortico-spinal plasticity. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Chronic stress disrupts neural coherence between cortico-limbic structures

Chronic stress impairs cognitive function, namely on tasks that rely on the integrity of cortico-limbic networks. To unravel the functional impact of progressive stress in cortico-limbic networks we measured neural activity and spectral coherences between the ventral hippocampus (vHIP) and the medial prefrontal cortex (mPFC) in rats subjected to short term stress (STS) and chronic unpredictable stress (CUS). CUS exposure consistently disrupted the spectral coherence between both areas for a wide range of frequencies, whereas STS exposure failed to trigger such effect. The chronic stress-induced coherence decrease correlated inversely with the vHIP power spectrum, but not with the mPFC power spectrum, which supports the view that hippocampal dysfunction is the primary event after stress exposure. Importantly, we additionally show that the variations in vHIP-to-mPFC coherence and power spectrum in the vHIP correlated with stress-induced behavioral deficits in a spatial reference memory task. Altogether, these findings result in an innovative readout to measure, and follow, the functional events that underlie the stress-induced reference memory impairments.

The impact of Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction on patient dose and image quality compared to filtered back projection: a narrative review

Objective: Summarize all relevant findings in published literature regarding the potential dose reduction related to image quality using Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction (SAFIRE) compared to Filtered Back Projection (FBP). Background: Computed Tomography (CT) is one of the most used radiographic modalities in clinical practice providing high spatial and contrast resolution. However it also delivers a relatively high radiation dose to the patient. Reconstructing raw-data using Iterative Reconstruction (IR) algorithms has the potential to iteratively reduce image noise while maintaining or improving image quality of low dose standard FBP reconstructions. Nevertheless, long reconstruction times made IR unpractical for clinical use until recently. Siemens Medical developed a new IR algorithm called SAFIRE, which uses up to 5 different strength levels, and poses an alternative to the conventional IR with a significant reconstruction time reduction. Methods: MEDLINE, ScienceDirect and CINAHL databases were used for gathering literature. Eleven articles were included in this review (from 2012 to July 2014). Discussion: This narrative review summarizes the results of eleven articles (using studies on both patients and phantoms) and describes SAFIRE strengths for noise reduction in low dose acquisitions while providing acceptable image quality. Conclusion: Even though the results differ slightly, the literature gathered for this review suggests that the dose in current CT protocols can be reduced at least 50% while maintaining or improving image quality. There is however a lack of literature concerning paediatric population (with increased radiation sensitivity). Further studies should also assess the impact of SAFIRE on diagnostic accuracy.

A comparison of Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction and filtered back projection on image quality and dose reduction in paediatric head CT: a phantom study

Background: Computed tomography (CT) is one of the most used modalities for diagnostics in paediatric populations, which is a concern as it also delivers a high patient dose. Research has focused on developing computer algorithms that provide better image quality at lower dose. The iterative reconstruction algorithm Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction (SAFIRE) was introduced as a new technique that reduces noise to increase image quality. Purpose: The aim of this study is to compare SAFIRE with the current gold standard, Filtered Back Projection (FBP), and assess whether SAFIRE alone permits a reduction in dose while maintaining image quality in paediatric head CT. Methods: Images were collected using a paediatric head phantom using a SIEMENS SOMATOM PERSPECTIVE 128 modulated acquisition. 54 images were reconstructed using FBP and 5 different strengths of SAFIRE. Objective measures of image quality were determined by measuring SNR and CNR. Visual measures of image quality were determined by 17 observers with different radiographic experiences. Images were randomized and displayed using 2AFC; observers scored the images answering 5 questions using a Likert scale. Results: At different dose levels, SAFIRE significantly increased SNR (up to 54%) in the acquired images compared to FBP at 80kVp (5.2-8.4), 110kVp (8.2-12.3), 130kVp (8.8-13.1). Visual image quality was higher with increasing SAFIRE strength. The highest image quality was scored with SAFIRE level 3 and higher. Conclusion: The SAFIRE algorithm is suitable for image noise reduction in paediatric head CT. Our data demonstrates that SAFIRE enhances SNR while reducing noise with a possible reduction of dose of 68%.

Drawing and use of auxiliary projection nets (the program STEGRAPH)

The development of an algorithm for the construction of auxiliary projection nets (conform, equivalent and orthographic), in the equatorial and polar versions, is presented. The algorithm for the drawing of the "IGAREA 220" counting net (ALYES & MENDES, 1972), is also presented. Those algorithms are the base of STEGRAPH program (vers. 2.0), for MS-DOS computers, which has other applications.