Accuracy of positron emission tomography/computed tomography and clinical assessment in the detection of complete rectal tumor regression after neoadjuvant chemoradiation Long-Term Results of a Prospective Trial (National Clinical Trial 00254683)

BACKGROUND: Neoadjuvant chemoradiation (CRT) therapy may result in significant tumor regression in patients with rectal cancer. Patients who develop complete tumor regression have been managed by treatment strategies that are alternatives to standard total mesorectal excision. Therefore, assessment of tumor response with positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) after neoadjuvant treatment may offer relevant information for the selection of patients to receive alternative treatment strategies. METHODS: Patients with clinical T2 (cT2) through cT4NxM0 rectal adenocarcinoma were included prospectively. Neoadjuvant therapy consisted of 54 grays of radiation and 5-fluorouracil-based chemotherapy. Baseline PET/CT studies were obtained before CRT followed by PET/CT studies at 6 weeks and 12 weeks after the completion of CRT. Clinical assessment was performed at 12 weeks after CRT completion. PET/CT results were compared with clinical and pathologic data. RESULTS: In total, 99 patients were included in the study. Twenty-three patients were complete responders (16 had a complete clinical response, and 7 had a complete pathologic response). The PET/CT response evaluation at 12 weeks indicated that 18 patients had a complete response, and 81 patients had an incomplete response. There were 5 false-negative and 10 false-positive PET/CT results. PET/CT for the detection of residual cancer had 93% sensitivity, 53% specificity, a 73% negative predictive value, an 87% positive predictive value, and 85% accuracy. Clinical assessment alone resulted in an accuracy of 91%. PET/CT information may have detected misdiagnoses made by clinical assessment alone, improving overall accuracy to 96%. CONCLUSIONS: Assessment of tumor response at 12 weeks after CRT completion with PET/CT imaging may provide a useful additional tool with good overall accuracy for the selection of patients who may avoid unnecessary radical resection after achieving a complete clinical response. Cancer 2012;35013511. (C) 2011 American Cancer Society.

Computed tomography to evaluate the association of fragmented heterolog cortical bone and methylmethacrylate to repare segmental bone defect produced in tibia of rabbits

A 6mm segmental defect was performed on the metaphyseal region of the tibia of 12 rabbits and the autoclaved fragmented heterolog cortical bone conserved in glycerin (98%) and methylmethacrylate was used as a bone graft for the reconstruction. The graft was placed in the receptor bed and its integration was evaluated by computed tomography after 30, 60 and 90 days. There was gradual bone graft incorporation in the receptor bed during the time in 100% of the cases. Fragmented cortical bone heterograft and methylmethacrylate was biologically compatible and promotes bone defect reparation without signs of infection, migration and or rejection, featuring a new option of osseous substitute to fill in bone defects.

An in vitro comparison of subjective image quality of panoramic views acquired via 2D or 3D imaging

Objectives: The objective of this study is to compare subjective image quality and diagnostic validity of cone-beam CT (CBCT) panoramic reformatting with digital panoramic radiographs. Materials and methods: Four dry human skulls and two formalin-fixed human heads were scanned using nine different CBCTs, one multi-slice CT (MSCT) and one standard digital panoramic device. Panoramic views were generated from CBCTs in four slice thicknesses. Seven observers scored image quality and visibility of 14 anatomical structures. Four observers repeated the observation after 4 weeks. Results: Digital panoramic radiographs showed significantly better visualization of anatomical structures except for the condyle. Statistical analysis of image quality showed that the 3D imaging modalities (CBCTs and MSCT) were 7.3 times more likely to receive poor scores than the 2D modality. Yet, image quality from NewTom VGi® and 3D Accuitomo 170® was almost equivalent to that of digital panoramic radiographs with respective odds ratio estimates of 1.2 and 1.6 at 95% Wald confidence limits. A substantial overall agreement amongst observers was found. Intra-observer agreement was moderate to substantial. Conclusions: While 2D-panoramic images are significantly better for subjective diagnosis, 2/3 of the 3D-reformatted panoramic images are moderate or good for diagnostic purposes. Clinical relevance: Panoramic reformattings from particular CBCTs are comparable to digital panoramic images concerning the overall image quality and visualization of anatomical structures. This clinically implies that a 3D-derived panoramic view can be generated for diagnosis with a recommended 20-mm slice thickness, if CBCT data is a priori available for other purposes.

Spontaneous combined rupture of a pelvicalyceal cyst into the collector system and retroperitoneal space during the acquisition of computed tomography scan images: a case report

Abstract Introduction Pelvicalyceal cysts are common findings in autopsies and can manifest with a variety of patterns. These cystic lesions are usually a benign entity with no clinical significance unless they enlarge enough to cause compression of the adjacent collecting system and consequently obstructive uropathy. Few cases of the spontaneous rupture of pelvicalyceal renal cysts have been published and to the best of our knowledge there is no report of a combined rupture to collector system and retroperitoneal space documented during a multiphase computed tomography. Case presentation We report a case of a ‘real-time’ spontaneous rupture of a pelvicalyceal cyst into the collecting system with fistulization into the retroperitoneum. The patient was a 78-year-old Caucasian man with a previous history of renal stones and a large pelvicalyceal renal cyst who was admitted to our Emergency department with acute right flank pain. A multiphase computed tomography was performed and the pre-contrast images demonstrated a right pelvicalyceal renal cyst measuring 12.0 × 6.1cm in the lower pole causing moderate dilation of the upper right renal collection system. In addition, a partially obstructive stone on the left distal ureter with mild left hydronephrosis was noted. The nephrographic phase did not add any new information. The excretory phase (10-minute delay) demonstrated a spontaneous rupture of the cyst into the pelvicalyceal system with posterior fistulization into the retroperitoneal space. Conclusion In this case study we present time-related changes of a rare pelvicalyceal cyst complication, which to the best of our knowledge has fortunately not been previously documented. Analysis of the sequential images and comparison with an earlier scan allowed us to better understand the physiopathological process of the rupture, the clinical presentation and to elaborate hypotheses for its etiopathogenesis.

Seeking tools for image fusion between computed tomography, structural and functional magnetic resonance methods for applications in neurosurgery

OBJECTIVE: To evaluate tools for the fusion of images generated by tomography and structural and functional magnetic resonance imaging. METHODS: Magnetic resonance and functional magnetic resonance imaging were performed while a volunteer who had previously undergone cranial tomography performed motor and somatosensory tasks in a 3-Tesla scanner. Image data were analyzed with different programs, and the results were compared. RESULTS: We constructed a flow chart of computational processes that allowed measurement of the spatial congruence between the methods. There was no single computational tool that contained the entire set of functions necessary to achieve the goal. CONCLUSION: The fusion of the images from the three methods proved to be feasible with the use of four free-access software programs (OsiriX, Register, MRIcro and FSL). Our results may serve as a basis for building software that will be useful as a virtual tool prior to neurosurgery.

Planejamento endodontico de dente duplo com tomografia computadorizada cone-beam em paciente do HRAC–USP: relato de caso

Objetivo: Dente Duplo (“double tooth”) é uma anomalia de forma que ocorre pela fusão de dois ou mais dentes ou geminação de um único dente, geralmente durante a fase de morfodiferenciação do germe dentário. A incidência de dente duplo varia 0,14-5,0% da população mundial, sem predileção pelo gênero. Apresentação unilateral é mais comum do que a bilateral. No geral, as anomalias dentarias em pacientes com fissura labiopalatina ocorrem próximas à região da fissura. O objetivo deste trabalho é relatar o tratamento endodôntico não cirúrgico de um caso de dentes duplos em um paciente com fissura labiopalatina. Relato de Caso: Paciente de gênero feminino de 10 anos com fissura labiopalatina matriculado no Hospital de Reabilitação de Anomalias Craniofaciais (HRAC-USP), encaminhado ao setor de Endodontia do HRAC-USP para realizar o tratamento endodôntico dos dentes 11 e 12 para ser re-anatomizados. Pela superposição dos dentes 11, 12, e presença de uma cúspide acessória (“talon cusp”) além de um dente supranumerário, as radiografia panorâmica e a radiografia periapical não mostram claramente a anatomia externa do dente e a interna dos condutos radiculares, motivo pelo qual foi solicitada uma tomografia computadorizada Cone-Beam para determinar o comprimento de trabalho para preparo biomecânico e obturação dos condutos radiculares. Serão apresentadas as etapas de diagnóstico e tratamento realizados no caso. Conclusão: Pela morfologia anormal da coroa e complexidade dos canais radiculares, o tratamento endodôntico apresentaria dificuldades, por isso o exame clínico e radiográfico cuidadoso é essencial para o sucesso do tratamento endodôntico. Desta forma concluise que a imagem fornecida pela tomografia computadorizada Cone-Beam foi útil no planejamento e tratamento deste caso.

Hepatobiliary diseases in small animals: a comparison of ultrasonography and multidetector-row computed tomography

Ultrasonography (US) is an essential imaging tool for identifying abnormalities of the liver parenchyma, biliary tract and vascular system. US has replaced radiography as the initial imaging procedure in screening for liver disease in small animals. There are few reports of the use of conventional and helical computed tomography (CT) to assess canine or feline parenchymal and neoplastic liver disease and biliary disorders. In human medicine the development of multidetector- row helical computed tomography (MDCT), with its superior spatial and temporal resolution, has resulted in improved detection and characterization of diffuse and focal liver lesions. The increased availability of MDCT in veterinary practice provides incentive to develop MDCT protocols for liver imaging in small animals. The purpose of this study is to assess the rule of MDCT in the characterization of hepatobiliary diseases in small animals; and to compare this method with conventional US. Candidates for this prospective study were 175 consecutive patients (dogs and cats) referred for evaluation of hepatobiliary disease. The patients underwent liver US and MDCT. Percutaneous needle biopsy was performed on all liver lesions or alterations encountered. As for gallbladder, histopatological evaluation was obtained from cholecystectomy specimens. Ultrasonographic findings in this study agreed well with those of previous reports. A protocol for dual-phase liver MDCT in small animals has been described. MDCT findings in parenchymal disorders of the liver, hepatic neoplasia and biliary disorders are here first described in dogs and cats and compared with the corresponding features in human medicine. The ability of MDCT in detection and characterization of hepatobiliary diseases in small animals is overall superior to conventional US. Ultrasonography and MDCT scanning, however, play complementary rules in the evaluation of these diseases. Many conditions have distinctive imaging features that may permit diagnosis. In most instances biopsy is required for definitive diagnosis.

Anatomic study of the feline bronchial and vascular structures with a 64 detector-row computed tomography

Multidetector row computed tomography over the last decade is commonly used in veterinary medicine. This new technology has an increased spatial and temporal resolution, could evaluate wider scanning range in shorter scanning time, providing an advanced imaging modality. Computed tomography angiographic studies are commonly used in veterinary medicine in order to evaluate vascular structures of the abdomen and the thorax. Pulmonary pathology in feline patients is a very common condition and usually is further evaluating with computed tomography. Up to date few references of the normal computed tomographic aspects of the feline thorax are reported. In this study a computed tomographic pulmonary angiography (CTPA) protocol is reported in normal cats and is compared with the up to date anatomical references. A CTPA protocol using a 64 MDCT in our study achieved high resolution images of the pulmonary arteries, pulmonary veins and bronchial lumen till the level of minor segmental branches. Feline pulmonary bronchial parenchyma demonstrates an architecture of mixed type with a monopedial model observed in the most anatomical parts and the dichotomic aspect is seen at the accessory lobe. The arterial and venous architecture is similar to the bronchial. Statistical analysis demonstrates the linear correlation of tracheal diameter to the felines weight. Vascular variations were noticed. The pulmonary venous system enters into the left atrium through three ostia (left cranial ostia: consisted of the anastomosis of the cranial and caudal portion of the left cranial pulmonary vein; right ostia: consisted of the anastomosis of the right cranial and middle pulmonary vein; and the caudal ostia: consisted of the anastomosis of the right and left caudal pulmonary vein). In conclusion CTPA is applicable in feline patients and provides an excellent imaging of the pulmonary arterial, venous and bronchial system till the level of minor segmental branches.

Analysis of cone-beam ct dose in image-guided radiation therapy for brain and prostate cancer patients via gpu-based Monte Carlo simulations

La radioterapia guidata da immagini (IGRT), grazie alle ripetute verifiche della posizione del paziente e della localizzazione del volume bersaglio, si è recentemente affermata come nuovo paradigma nella radioterapia, avendo migliorato radicalmente l’accuratezza nella somministrazione di dose a scopo terapeutico. Una promettente tecnica nel campo dell’IGRT è rappresentata dalla tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT). La CBCT a kilovoltaggio, consente di fornire un’accurata mappatura tridimensionale dell’anatomia del paziente, in fase di pianificazione del trattamento e a ogni frazione del medisimo. Tuttavia, la dose da imaging attribuibile alle ripetute scansioni è diventata, negli ultimi anni, oggetto di una crescente preoccupazione nel contesto clinico. Lo scopo di questo lavoro è di valutare quantitativamente la dose addizionale somministrata da CBCT a kilovoltaggio, con riferimento a tre tipici protocolli di scansione per Varian OnBoard Imaging Systems (OBI, Palo Alto, California). A questo scopo sono state condotte simulazioni con codici Monte Carlo per il calcolo della dose, utilizzando il pacchetto gCTD, sviluppato sull’architettura della scheda grafica. L’utilizzo della GPU per sistemi server di calcolo ha permesso di raggiungere alte efficienze computazionali, accelerando le simulazioni Monte Carlo fino a raggiungere tempi di calcolo di ~1 min per un caso tipico. Inizialmente sono state condotte misure sperimentali di dose su un fantoccio d’acqua. I parametri necessari per la modellazione della sorgente di raggi X nel codice gCTD sono stati ottenuti attraverso un processo di validazione del codice al fine di accordare i valori di dose simulati in acqua con le misure nel fantoccio. Lo studio si concentra su cinquanta pazienti sottoposti a cicli di radioterapia a intensità modulata (IMRT). Venticinque pazienti con tumore al cervello sono utilizzati per studiare la dose nel protocollo standard-dose head e venticinque pazienti con tumore alla prostata sono selezionati per studiare la dose nei protocolli pelvis e pelvis spotlight. La dose media a ogni organo è calcolata. La dose media al 2% dei voxels con i valori più alti di dose è inoltre computata per ogni organo, al fine di caratterizzare l’omogeneità spaziale della distribuzione.

Valutazione della qualità delle immagini e della dose in multi-slice computed tomography per l'ottimizzazione dei protocolli clinici che impiegano sistemi di modulazione automatica

In questo studio ci siamo proposti di investigare i sistemi di modulazione automatica della dose sui sistemi TC Multislice (Automatic Exposure Control – AEC) da tre diversi produttori, aventi differenti indicatori di qualità delle immagini. Il presente lavoro è stato svolto presso il Servizio di Fisica Sanitaria dell’Azienda Ospedaliera Universitaria - Policlinico Sant’Orsola-Malpighi di Bologna e consiste in un’analisi quantitativa della dose impiegata durante esami di Tomografia Computerizzata Multi-Slice (TCMS) e delle rispettive immagini radiologiche. Le immagini sono state acquisite con : GE LightSpeed VCT 64 e GE LightSpeed 16 (AEC AutomA 3D longitudinale e angolare), Siemens Sensation 16 (AEC CARE Dose 4D combinato), Philips Brilliance 16 e iCT 64 (separati in AEC ZDOM longitudinale e AEC DDOM angolare). Le acquisizioni TCMS sono state effettuate a differenti kV e mA di riferimento, al fine di investigarne gli effetti sulla modulazione, impiegando algoritmi di ricostruzione standard presenti su ogni macchina. Due fantocci antropomorfi simulanti la zona del torace e dell’addome sono stati utilizzati per simulare un paziente standard posizionato come in un esame clinico di routine ; a questo proposito, sono stati impiegati protocolli elicoidali standard con e senza modulazione. Sono inoltre stati testati differenti valori di indice di qualità delle immagini. Il profilo dei mA lungo la lunghezza è stato ottenuto utilizzando ImageJ, un programma open source comunemente utilizzato per l’elaborazione di immagini; i mAs sono stati normalizzati ad un fattore che tiene conto delle differenti geometrie e delle filtrazioni dei diversi scanner tomografici analizzati nell’esperienza. Il rumore è stato valutato tramite la scelta di determinate ROI (Region Of Interest) localizzate in aree il più possibili uniformi disponibili lungo i fantocci. Abbiamo registrato che una variazione del Noise Index o dei mAs di riferimento a seconda della tipologia di macchina analizzata risulta in uno shift dei profili di dose; lo stesso si è verificato quando sono stati cambiato kV o mA nella scout di acquisizione. Sistemi AEC longitudinali e combinati hanno mostrato profili di mAs normalizzati simili tra loro, con valori elevati evidenziati nella zona delle spalle e zona pelvi; sono state osservate differenze del 30-40% tra i differenti scanner tomografici. Solo in un caso di macchina analizzata si è verificato un comportamento opposto rispetto alle altre due tipologie di macchina in esame. A dispetto della differente natura dei sistemi AEC, i risultati ottenuti dai protocolli combinati e longitudinali sono simili tra loro. Il rumore presente nelle immagini è aumentato ad un livello accettabile e la sua uniformità lungo la direzione di scan è migliorata.

Image quality and dose evaluation of filtered back projection versus iterative reconstruction algorithm in multislice computed tomography.

Il presente lavoro di tesi è stato svolto presso il servizio di Fisica Sanitaria del Policlinico Sant'Orsola-Malpighi di Bologna. Lo studio si è concentrato sul confronto tra le tecniche di ricostruzione standard (Filtered Back Projection, FBP) e quelle iterative in Tomografia Computerizzata. Il lavoro è stato diviso in due parti: nella prima è stata analizzata la qualità delle immagini acquisite con una CT multislice (iCT 128, sistema Philips) utilizzando sia l'algoritmo FBP sia quello iterativo (nel nostro caso iDose4). Per valutare la qualità delle immagini sono stati analizzati i seguenti parametri: il Noise Power Spectrum (NPS), la Modulation Transfer Function (MTF) e il rapporto contrasto-rumore (CNR). Le prime due grandezze sono state studiate effettuando misure su un fantoccio fornito dalla ditta costruttrice, che simulava la parte body e la parte head, con due cilindri di 32 e 20 cm rispettivamente. Le misure confermano la riduzione del rumore ma in maniera differente per i diversi filtri di convoluzione utilizzati. Lo studio dell'MTF invece ha rivelato che l'utilizzo delle tecniche standard e iterative non cambia la risoluzione spaziale; infatti gli andamenti ottenuti sono perfettamente identici (a parte le differenze intrinseche nei filtri di convoluzione), a differenza di quanto dichiarato dalla ditta. Per l'analisi del CNR sono stati utilizzati due fantocci; il primo, chiamato Catphan 600 è il fantoccio utilizzato per caratterizzare i sistemi CT. Il secondo, chiamato Cirs 061 ha al suo interno degli inserti che simulano la presenza di lesioni con densità tipiche del distretto addominale. Lo studio effettuato ha evidenziato che, per entrambi i fantocci, il rapporto contrasto-rumore aumenta se si utilizza la tecnica di ricostruzione iterativa. La seconda parte del lavoro di tesi è stata quella di effettuare una valutazione della riduzione della dose prendendo in considerazione diversi protocolli utilizzati nella pratica clinica, si sono analizzati un alto numero di esami e si sono calcolati i valori medi di CTDI e DLP su un campione di esame con FBP e con iDose4. I risultati mostrano che i valori ricavati con l'utilizzo dell'algoritmo iterativo sono al di sotto dei valori DLR nazionali di riferimento e di quelli che non usano i sistemi iterativi.

Progettazione e sviluppo di un collimatore multi-slit per un sistema tomografico cone-beam con raggi X di alta energia

L'obiettivo di questo lavoro di tesi consiste nel progettare, realizzare e testare due collimatori multi-slit da applicare ad un sistema tomografico a raggi X con geometria cone-beam, caratterizzato da un voltaggio massimo di 320 kV. I collimatori che verranno realizzati sono un pre-collimatore e un post-collimatore entrambi multi-slit. Il fine ultimo è quello di riuscire ad avere un sistema di collimazione che permetta attraverso due sole tomografie di ottenere la ricostruzione dell'intero campione. L'abbattimento del tempo necessario per eseguire l'analisi costituisce il target su cui si basa questa tesi. Successivamente sulle immagini prodotte mediante questo nuovo sistema di collimazione saranno condotte delle specifiche analisi e i risultati saranno confrontati con quelli ottenuti mediante un sistema di collimazione a singola fenditura, anch'esso progettato in questa tesi e appositamente realizzato.

Sviluppo di un metodo di radioterapia adattativa tramite immagini portali e Cone-Beam CT

Il presente lavoro, svolto presso il servizio di Fisica Sanitaria dell’Azienda Ospedaliera Universitaria di Parma, consiste nello sviluppo di un metodo innovativo di radioterapia adattativa. Il metodo è stato applicato a pazienti affetti da varie patologie, trattati con tecnica VMAT, (Volumetric Modulated Arc Therapy), altamente conformata al target. Il metodo sviluppato si compone di due fasi: nella prima fase vengono effettuate due analisi su immagini portali, di ricostruzione della dose all'isocentro e l'analisi gamma 2D. Se almeno una di queste fallisce, si interviene con la seconda fase, che vede l'acquisizione della CBCT del paziente e la taratura in densità elettronica della stessa. Si calcola dunque il piano su CBCT, previa operazione di contouring da parte del medico e, infine, si esegue l'analisi gamma 3D sulle matrici di dose calcolate sulla CT e sulla CBCT del paziente, quantificando gli indici gamma sulle strutture PTV, CTV e OAR di interesse clinico. In base ai risultati, se necessario, si può intervenire sul piano di trattamento. Le analisi gamma 2D e 3D sono state svolte avvalendosi di un software toolkit chiamato GADD-23 (Gamma Analysis on 2D and 3D Dose Distributions) implementato e sviluppato appositamente in ambiente Matlab per questo lavoro di tesi; in particolare, la realizzazione di GADD-23 è stata resa possibile grazie all'interazione con due software di tipo open-source, Elastix e CERR, specifici per l’elaborazione e la registrazione di immagini mediche. I risultati ottenuti mostrano come il metodo sviluppato sia in grado di mettere in luce cambiamenti anatomici che alcuni pazienti hanno subìto, di tipo sistematico, in cui è possibile prendere in considerazione una ripianificazione del trattamento per correggerli, o di tipo casuale, sui quali può essere utile condurre l'attenzione del medico radioterapista, sebbene non sia necessario un replanning.

Postmortem whole-body computed tomography angiography visualizing vascular rupture in a case of fatal car crash

In addition to the increasingly significant role of multislice computed tomography in forensic pathology, the performance of whole-body computed tomography angiography provides outstanding results. In this case, we were able to detect multiple injuries of the parenchymal organs in the upper abdomen as well as lesions of the brain parenchyma and vasculature of the neck. The radiologic findings showed complete concordance with the autopsy and even supplemented the autopsy findings in areas that are difficult to access via a manual dissection (such as the vasculature of the neck). This case shows how minimally invasive computed tomography angiography can serve as an invaluable adjunct to the classic autopsy procedure.