New Horizons in Forensic Imaging: Post Mortem CT Angiography - Benefits and Practical Application.

Puropse/Aim: To learn about the developement of post mortem CT angiography, its indications, benefits, pitfalls and practical application. Content Organization: A. Developement of post mortem CT angiography B. Technical prerequisites C. Practical application of post mortem CT angiography (preparation of the body, injection of contrast agent, examination protocol) D. Indications and benefits (including a comparison with conventional autopsy) E. Interpretation of imaging data (with case demonstrations) F. Artifacts, pitfalls and limitations G. Current and potential future use. Summary: This exhibit demonstrates the developement, application and interpretation of post mortem CT angiography. Teaching points: 1. post mortem CT angiography is feasible and useful for identification of the cause of death 2. depending on the indication it can be superior to autopsy 3. limitations and artifacts need to be known for interpreta

Three-dimensional cholangio-spiral CT demonstration of a post-traumatic bile leak in a child.

Bilioma is a rare complication of traumatic liver injury, and the precise site of bile leak is often difficult to demonstrate with a non-invasive technique. We report a case of post-traumatic bile leak in a 15-year-old girl in whom spiral CT after intravenous cholangiography allowed excellent preoperative demonstration of the extent of the liver rupture and an exact location of the bile leak. We think that spiral-CT cholangiography could be an accurate, non-invasive technique to investigate the biliary system in cases of paediatric liver trauma.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Ruptured pseudo-aneurysm of a femoral artery in a drug abuser revealed by post-mortem CT angiography.

A 35-year-old drug addict was found dead in a public toilet with a ruptured groin, which was later diagnosed to be a leaking pseudo-aneurysm. Investigation at the scene revealed impressive external hemorrhage related to a groin wound. Post-mortem computed tomography angiography demonstrated an aneurysm of the right femoral artery with leak of contrast liquid. Signs of blood loss were evident at autopsy, and histological examination revealed necrosis and rupture of the pseudo-aneurysm. Toxicological analyses were positive for methadone, cocaine, citalopram, and benzodiazepines. This is the first case report in the literature of a ruptured femoral pseudo-aneurysm with a post-mortem radiological diagnosis.

Patient-ventilator asynchrony during noninvasive ventilation: a bench and clinical study.

BACKGROUND: Different kinds of ventilators are available to perform noninvasive ventilation (NIV) in ICUs. Which type allows the best patient-ventilator synchrony is unknown. The objective was to compare patient-ventilator synchrony during NIV between ICU, transport-both with and without the NIV algorithm engaged-and dedicated NIV ventilators. METHODS: First, a bench model simulating spontaneous breathing efforts was used to assess the respective impact of inspiratory and expiratory leaks on cycling and triggering functions in 19 ventilators. Second, a clinical study evaluated the incidence of patient-ventilator asynchronies in 15 patients during three randomized, consecutive, 20-min periods of NIV using an ICU ventilator with and without its NIV algorithm engaged and a dedicated NIV ventilator. Patient-ventilator asynchrony was assessed using flow, airway pressure, and respiratory muscles surface electromyogram recordings. RESULTS: On the bench, frequent auto-triggering and delayed cycling occurred in the presence of leaks using ICU and transport ventilators. NIV algorithms unevenly minimized these asynchronies, whereas no asynchrony was observed with the dedicated NIV ventilators in all except one. These results were reproduced during the clinical study: The asynchrony index was significantly lower with a dedicated NIV ventilator than with ICU ventilators without or with their NIV algorithm engaged (0.5% [0.4%-1.2%] vs 3.7% [1.4%-10.3%] and 2.0% [1.5%-6.6%], P < .01), especially because of less auto-triggering. CONCLUSIONS: Dedicated NIV ventilators allow better patient-ventilator synchrony than ICU and transport ventilators, even with their NIV algorithm. However, the NIV algorithm improves, at least slightly and with a wide variation among ventilators, triggering and/or cycling off synchronization.

A parameter-free approach for solving combinatorial optimization problems through biased randomization of efficient heuristics

This paper discusses the use of probabilistic or randomized algorithms for solving combinatorial optimization problems. Our approach employs non-uniform probability distributions to add a biased random behavior to classical heuristics so a large set of alternative good solutions can be quickly obtained in a natural way and without complex conguration processes. This procedure is especially useful in problems where properties such as non-smoothness or non-convexity lead to a highly irregular solution space, for which the traditional optimization methods, both of exact and approximate nature, may fail to reach their full potential. The results obtained are promising enough to suggest that randomizing classical heuristics is a powerful method that can be successfully applied in a variety of cases.

Patient-ventilator asynchrony during non-invasive ventilation for acute respiratory failure: a multicenter study.

OBJECTIVE : To determine the prevalence of patient-ventilator asynchrony in patients receiving non-invasive ventilation (NIV) for acute respiratory failure. DESIGN : Prospective multicenter observation study. SETTING : Intensive care units in three university hospitals. METHODS: Patients consecutively admitted to ICU were included. NIV, performed with an ICU ventilator, was set by the clinician. Airway pressure, flow, and surface diaphragmatic electromyography were recorded continuously for 30 min. Asynchrony events and the asynchrony index (AI) were determined from visual inspection of the recordings and clinical observation. RESULTS: A total of 60 patients were included, 55% of whom were hypercapnic. Auto-triggering was present in 8 (13%) patients, double triggering in 9 (15%), ineffective breaths in 8 (13%), premature cycling 7 (12%) and late cycling in 14 (23%). An AI > 10%, indicating severe asynchrony, was present in 26 patients (43%), whose median (25-75 IQR) AI was 26 (15-54%). A significant correlation was found between the magnitude of leaks and the number of ineffective breaths and severity of delayed cycling. Multivariate analysis indicated that the level of pressure support and the magnitude of leaks were weakly, albeit significantly, associated with an AI > 10%. Patient comfort scale was higher in pts with an AI < 10%. CONCLUSION: Patient-ventilator asynchrony is common in patients receiving NIV for acute respiratory failure. Our results suggest that leaks play a major role in generating patient-ventilator asynchrony and discomfort, and point the way to further research to determine if ventilator functions designed to cope with leaks can reduce asynchrony in the clinical setting.

Extent of Hypoattenuation On CT Angiography Source Images In Basilar Artery Occlusion: Prognostic Accuracy Of Posterior Circulation ASPECTS And The Pons-midbrain Score In The Basilar Artery International Cooperation Study

Background: The posterior circulation Acute Stroke Prognosis Early CT Score (pc-ASPECTS) and the combined Pons-midbrain score quantify the extent of early ischemic changes in the posterior circulation. We compared the prognostic accuracy of both scores if applied to CT angiography (CTA) source images (CTA-SI) of patients in the Basilar Artery International Cooperation Study (BASICS).Methods: BASICS was a prospective, observational, multi-centre, registry of consecutive patients who presented with acute symptomatic basilar artery occlusion (BAO). Functional outcome was assessed at 1 month. We applied pc-ASPECTS and the combined Pons-midbrain score to CTA-SI by 3-reader-consensus. Readers were blinded to clinical data. We performed multivariable logistic regression analysis, adjusting for thrombolysis, baseline NIHSS score and age, and used the output to derive ROC curves to compare the ability of both scores to discriminate patients with favourable (modified Rankin Scale [mRS] scores 0-3) from patients with unfavourable (mRS scores 4-6) functional outcome.Results: We reviewed CTAs of 158 patients (64% men, mean age 65 _ 15 years, median NIHSS score 25 [0-38], median GCS score 7 [3-15], median onset-to-CTA time 234 minutes [11-7380]). At 1 month, 40 (25%) patients had a favourable outcome, 49 (31%) had an unfavourable outcome (mRS score 4-5) and 69 (44%) were deceased. Both techniques of assessing CTA-SI hypoattenuation in the posterior circulation showed equally good discriminative value in predicting final outcome (C-statistics; area under ROC curve 0.74 versus 0.75, respectively; p_0.37). Pc-ASPECTS dichotomized at _6 versus _6 was an independent predictor of favourable functional outcome (RR _ 2.2; CI95 1.1-4.7; p _ 0.034).Conclusion: Compared to the combined Pons-midbrain score, the pc-ASPECTS score has similar prognostic accuracy to identify patients with a favourable functional outcome in BASICS. Dichotomized pc-ASPECTS (_6 versus _6) is an independent predictor of favourable functional outcome in this population. Author Disclosures: V. Puetz: None. A. Khomenko: None. M.D. Hill: None. I. Dzialowski: None. P. Michel: None. C. Weimar: None. C.A.C. Wijman: None. H. Mattle: None. K. Muir: None. T. Pfefferkorn: None. D. Tanne: None. S. Engelter: None. K. Szabo: None. A. Algra: None. A.M. Demchuk: None. W.J. Schonewille: None.

Sub-cortical and brainstem sites associated with chemo-stimulated increases in ventilation in humans.

We investigated the neural basis for spontaneous chemo-stimulated increases in ventilation in awake, healthy humans. Blood oxygen level dependent (BOLD) functional MRI was performed in nine healthy subjects using T2 weighted echo planar imaging. Brain volumes (52 transverse slices, cortex to high spinal cord) were acquired every 3.9 s. The 30 min paradigm consisted of six, 5-min cycles, each cycle comprising 45 s of hypoxic-isocapnia, 45 s of isooxic-hypercapnia and 45 s of hypoxic-hypercapnia, with 55 s of non-stimulatory hyperoxic-isocapnia (control) separating each stimulus period. Ventilation was significantly (p<0.001) increased during hypoxic-isocapnia, isooxic-hypercapnia and hypoxic-hypercapnia (17.0, 13.8, 24.9 L/min respectively) vs. control (8.4 L/min) and was associated with significant (p<0.05, corrected for multiple comparisons) signal increases within a bilateral network that included the basal ganglia, thalamus, red nucleus, cerebellum, parietal cortex, cingulate and superior mid pons. The neuroanatomical structures identified provide evidence for the spontaneous control of breathing to be mediated by higher brain centres, as well as respiratory nuclei in the brainstem.

Volumetric quantification of atherosclerotic plaque in CT considering partial volume effect.

Coronary artery calcification (CAC) is quantified based on a computed tomography (CT) scan image. A calcified region is identified. Modified expectation maximization (MEM) of a statistical model for the calcified and background material is used to estimate the partial calcium content of the voxels. The algorithm limits the region over which MEM is performed. By using MEM, the statistical properties of the model are iteratively updated based on the calculated resultant calcium distribution from the previous iteration. The estimated statistical properties are used to generate a map of the partial calcium content in the calcified region. The volume of calcium in the calcified region is determined based on the map. The experimental results on a cardiac phantom, scanned 90 times using 15 different protocols, demonstrate that the proposed method is less sensitive to partial volume effect and noise, with average error of 9.5% (standard deviation (SD) of 5-7mm(3)) compared with 67% (SD of 3-20mm(3)) for conventional techniques. The high reproducibility of the proposed method for 35 patients, scanned twice using the same protocol at a minimum interval of 10 min, shows that the method provides 2-3 times lower interscan variation than conventional techniques.

Respiratory muscle training enhances maximal minute ventilation and forced vital capacity in adolescent athletes.

Introduction. Respiratory difficulties in athletes are common, especially in adolescents, even in the absence of exercise-induced bronchoconstriction. Immaturity of the respiratory muscles coupling at high respiratory rates could be a potential mechanism. Whether respiratory muscle training (RMT) can positively influence it is yet unknown. Goal. We investigate the effects of RMT on ventilation and performance parameters in adolescent athletes and hypothesize that RMT will enhance respiratory capacity. Methods. 12 healthy subjects (8 male, 4 female, 17±0.5 years) from a sports/study high school class, competitively involved in various sports (minimum of 10 hours per week) underwent respiratory function testing, maximal minute ventilation (MMV) measurements and a maximal treadmill incremental test with VO2max and ventilatory thresholds (VT1 and VT2) determination. They then underwent one month of RMT (4 times/week) using a eucapnic hyperventilation device, with an incremental training program. The same tests were repeated after RMT. Results. Subjects completed 14.8 sessions of RMT, with an increase in total ventilation per session of 211±29% during training. Borg scale evaluation of the RMT session was unchanged or reduced in all subjects, despite an increase in total respiratory work. No changes (p>0.05) were observed pre/post RMT in VO2max (53.4±7.5 vs 51.6±7.7 ml/kg/min), VT2 (14.4±1.4 vs 14.0±1.1 km/h) or Speed max at end of test (16.1±1.7 vs 15.8±1.7 km/h). MVV increased by 9.2% (176.7±36.9 vs 192.9±32.6 l/min, p<0.001) and FVC by 3.3% (6.70±0.75 vs 4.85±0.76 litres, p<0.05). Subjective evaluation of respiratory sensations during exercise and daily living were also improved. Conclusions. RMT improves MMV and FVC in adolescent athletes, along with important subjective respiratory benefits, although no changes are seen in treadmill maximal performance tests and VO2max measurements. RMT can be easily performed in adolescent without side effects, with a potential for improvement in training capacity and overall well-being.