Avaliação tridimensional da sínfise mandibular em crânios secos e sua associação com diferentes classificações de tipos faciais

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um estudo morfológico quantitativo e qualitativo da região da sínfise mandibular (SM), através da construção de modelos tridimensionais (3D) e avaliar o seu grau de associação com diferentes classificações de padrões faciais. Foram avaliados 61 crânios secos humanos de adultos jovens com oclusão normal, com idade entre 18 e 45 anos e dentadura completa. Tomografias computadorizadas de feixe cônico (TCFC) de todos os crânios foram obtidas de forma padronizada. O padrão facial foi determinado por método antropométrico e cefalométrico. Utilizando o critério antropométrico, tomando como referência o índice facial (IF), o padrão facial foi classificado em: euriprósopo (≤84,9), mesoprósopo (85,0 - 89,9) e leptoprósopo (≥90,0). Pelo critério cefalométrico, o plano mandibular (FMA) determinou o padrão facial em curto (≤21,0), médio (21,1 - 29,0) e longo (≥29,1); e o índice de altura facial (IAF) classificou a face em hipodivergente (≥0,750), normal (0,749 - 0,650) e hiperdivergente (≤0,649). A construção de modelos 3D, representativos da região da SM, foi realizada com o auxílio do software ITK-SNAP. Os dentes presentes nesta região, incisivos, caninos e pré-molares inferiores, foram separados do modelo por técnica de segmentação semi-automática, seguida de refinamento manual. Em seguida, foram obtidos modelos 3D somente com o tecido ósseo, possibilitando a mensuraçãodo volume ósseo em mm3 (VOL) e da densidade radiográfica, pela média de intensidade dos voxels (Mvox). No programa Geomagic Studio 10 foi feita uma superposição anatômica dos modelos 3D em bestfit para estabelecer um plano de corte padronizado na linha média. Para cada sínfise foi medida a altura (Alt), a largura (Larg) e calculado o índice de proporção entre altura e largura (PAL). A avaliação da presença de defeitos alveolares foi feita diretamente na mandíbula,obtendo-se a média de todas as alturas ósseas alveolares (AltOss) e a média da dimensão das deiscências presentes (Medef). O índice de correlação intra-classe (ICC) com valores entre 0,923 a 0,994,indicou alta reprodutibilidade e confiabilidade das variáveis medidas. As diferenças entre os grupos, determinados pelas classificações do padrão facial (IF, FMA e IAF), foram avaliadas através da análise de variância (oneway ANOVA) seguida do teste post-hoc de Tukey. O grau de associação entre o padrão facial e as variáveis Vol, Mvox, PAL, Alt, Larg, AltOss e Medef foi avaliado pelo coeficiente de correlação de Pearson com um teste t para r. Os resultados indicaram ausência de diferença ou associação entre o volume, densidade radiográfica e presença de defeitos alveolares da SM e o padrão facial quando determinado pelo IF, FMA e IAF. Verificou-se tendência de SM mais longas nos indivíduos com face alongada, porém a largura não mostrou associação com o padrão facial. Estes resultados sugerem que as classificações utilizadas para determinar o padrão facial não representam satisfatoriamente o caráter 3D da face humana e não estão associadas com a morfologia da SM.

Caracterização de um sistema digital de aquisição de imagens radiográficas utilizando nêutrons térmicos e raios gama para a inspeção de componentes mecânicos.

Ensaio não destrutivo é uma ferramenta essencial quando um equipamento, dispositivo ou componente não pode ser submetido a procedimentos destrutivos ou invasivos devido a razões de segurança, alto custo ou outras restrições físicas ou logísticas. Dentro deste quadro radiografias por transmissão com raios gama e nêutrons térmicos são técnicas singulares para inspecionar um objeto e desvendar sua estrutura interna devido à capacidade de atravessar uma vasta gama de materiais utilizados na indústria. Grosso modo, raios gama são mais atenuados por materiais pesados enquanto nêutrons térmicos são mais atenuados por materiais mais leves, tornando-as ferramentas complementares. Este trabalho apresenta os resultados obtidos na inspeção de vários componentes mecânicos, através da radiografia por transmissão com nêutrons térmicos e raios gama. O fluxo de nêutrons térmicos de 4,46x105 n.cm-2.s-1 disponível no canal principal do reator de pesquisa Argonauta do Instituto de Engenharia Nuclear foi usado como fonte para as imagens radiográficas com nêutrons. Raios dekeV emitidos pelo 198Au, também produzido no reator, foram usados como fonte de radiação para radiografias . Imaging Plates, especificamente produzidos para operar com nêutrons térmicos ou com raios X, foram empregados como detectores e dispositivos de armazenamento e captação de imagens para cada uma dessas radiações. Esses dispositivos exibem varias vantagens quando comparados ao filme radiográfico convencional. Com efeito, além de maior sensibilidade e serem reutilizáveis não são necessários câmaras escuras e processamento químico para a revelação. Em vez disso, ele é lido por um feixe de laser que libera elétrons armadilhados na rede cristalina durante a exposição à radiação, fornecendo uma imagem final digital. O desempenho de ambos os sistemas de aquisição de imagens, assim constituído, foi avaliado com respeito à sensibilidade, resolução espacial, linearidade e range dinâmico, incluído uma comparação com sistemas radiográficos com nêutrons empregando filmes e folhas de gadolínio como conversor de nêutrons em partículas carregadas. Além desta caracterização, diversos equipamentos e componentes foram radiografados com ambos os sistemas visando-se avaliar suas capacidades de desvendar a estrutura interna desses objetos e detectar estruturas e estados anormais. Dentro desta abordagem, uma neutrongrafia detectou a presença de material cerâmico remanescente empregado como molde no processo de fabricação nos canais de refrigeração de uma aleta do estator de uma turbina tipo turbo-fan, que deveria estar livre desse material. O reostato danificado de um sensor de pressão automotivo, foi identificado por neutrongrafia, embora nesse caso a radiografia também conseguiu realizar essa tarefa com melhor resolução, corroborando assim as curvas de resolução espacial obtidas na caracterização dos dois sistemas. A homogeneidade da distribuição do material encapsulado em uma gaxeta explosiva de chumbo utilizada na indústria aeroespacial foi igualmente verificada por neutrongrafia porque esse metal é relativamente transparente para nêutrons, mas suficientemente opaco para o explosivo rico em hidrogênio. Diversos outros instrumentos e componentes tais como variômetro, altímetro, bússola aeronáutica, injetor automotivo de combustível, foto-camera, disco rígido de computador, motor de passo, conectores eletrônicos e projéteis foram radiografados com ambos os sistemas visando avaliar suas habilidades em desvendar diferentes peculiaridades em função do agente interrogador.

Remodelação alveolar e perfil bacteriano em implantes instalados em diferentes níveis relacionados à crista óssea

A substituição clínica de dentes naturais perdidos por implantes osteointegrados tem representado uma das primeiras opções terapêuticas para a reabilitação de pacientes total ou parcialmente edêntulos. Apesar dos excelentes índices de sucesso demonstrados pelas restaurações implanto-suportadas, alguns fatores permanecem não esclarecidos, principalmente no que diz respeito à remodelação óssea ao redor dos implantes osteointegrados. Desta forma, o objetivo deste estudo foi avaliar a relação do nível de instalação dos implantes dentários com os parâmetros clínicos, com a remodelação óssea peri-implantar e com a colonização bacteriana, em implantes de plataforma regular, submetidos à carga imediata. Implantes de plataforma regular foram instalados em dois diferentes níveis em relação à crista óssea ao nível ósseo e supra ósseo (1 mm). No total, trinta e cinco implantes em 9 pacientes (idade média de 62,4 11,2 anos) foram avaliados radiograficamente no momento da instalação dos implantes (T1) e 6 meses após (T2), momento no qual também foram feitas análises clínicas e coleta de amostras para o teste microbiológico. Nos exames radiográficos foram analisadas a perda óssea, a partir de mensurações lineares da distância entre um ponto fixo do componente protético e o ponto mais coronário do contato osso-implante, e a densidade óptica alveolar obtida a partir de regiões ósseas de interesse (ROIs). As análises clínicas consistiram na avaliação da profundidade de sondagem e na mensuração do volume do fluido gengival peri-implantar. O perfil bacteriano dos sítios avaliados foi caracterizado por meio do método de análise de checkerboard DNA-DNA hybridization. Os testes estatísticos realizados mostraram não haver relação entre o nível de instalação dos implantes em relação à crista óssea e a remodelação óssea alveolar, tanto com relação à perda óssea (p = 0,725), como com relação à densidade óptica alveolar (p = 0,975). Também não foi possível estabelecer uma correlação entre a remodelação óssea e parâmetros clínicos como profundidade de sondagem e volume do fluido gengival peri-implantar. Com relação ao perfil bacteriano, não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre os grupos avaliados para nenhuma das 40 bactérias analisadas.

Avaliação longitudinal da densidade radiográfica da crista óssea alveolar em pacientes com periodontite crônica e em pacientes saudáveis

A periodontite é um grupo dentro das doenças periodontais onde o tecido de suporte é acometido como resultado de um desequilíbrio entre uma agressão bacteriana e a resposta imunológica do hospedeiro. O exame radiográfico é um método não invasivo que quando usado de forma adequada pode prover imagens que demonstram perdas ósseas iniciais. A avaliação da densidade óssea já foi previamente descrita. Este estudo teve como objetivo avaliar as alterações de densidade óssea da crista alveolar no período de 4 meses, tanto em pacientes com periodontite crônica antes e depois da terapia básica, quanto em pacientes periodontalmente saudáveis. Os pacientes dos dois grupos foram submetidos a exame periodontal com Florida Probe. Foram realizadas 6 radiografias por paciente em cada momento da avaliação, à partir dessas imagens realizamos a avaliação da densidade óssea da crista alveolar através de áreas de interesse (ROI), utilizando o Kodak Dental Imaging Software 6.7. As comparações entre as medidas radiográficas do baseline e as da reavaliação, não apresentaram diferenças significantes para ROI 1, ROI 2, JCE-CO nos dois grupos. Sendo assim, observamos que o grupo de pacientes com periodontite crônica não apresentou diferença significante para densidade óssea da crista alveolar 4 meses após o tratamento, mesmo apresentando melhora dos parâmetros clínicos periodontais. O grupo de pacientes periodontalmente saudáveis também não apresentou alterações de densidade no mesmo período de tempo.

Prevalência do polimorfismo -1031 T>C do gene TNFA em um grupo de diabéticos tipo I e sua relação com a periodontite severa

Diabetes mellitus e doenças periodontais são altamente prevalentes na população mundial. Doenças periodontais (DPs) compreendem um grupo de condições crônicas inflamatórias induzidas por microorganismos que levam à inflamação gengival, à destruição tecidual periodontal e à perda óssea alveolar. Diabetes mellitus (DM) é o termo utilizado para descrever um grupo de desordens metabólicas associadas à intolerância à glicose e ao metabolismo inadequado de carboidratos. Uma vez que DPs poderiam agir de forma similar a outros estados infecciosos sistêmicos, aumentando a severidade do diabetes, uma possível relação entre ambas tem sido considerada em todo o mundo. Polimorfismos genéticos de um único nucleotídeo (SNPs) têm sido estudados em diversas doenças. Nas periodontites, acredita-se que possam estar envolvidos na exacerbação da resposta inflamatória frente ao desafio bacteriano, modificando a susceptibilidade do hospedeiro. Neste estudo, a prevalência de periodontite foi avaliada em portadores de diabetes mellitus tipo I. Posteriormente, o SNP localizado na região promotora do gene TNFA (-1031T>C) foi analisado e sua importância para a doença periodontal destrutiva foi avaliada. O grupo teste foi constituído por diabéticos tipo I (DGT, n=113) enquanto o grupo controle por indivíduos não diabéticos (ND, n=73). Para as análises dos polimorfismos genéticos, um subgrupo foi retirado do grupo teste (DG, n=58) e comparado ao grupo ND. Os seguintes parâmetros clínicos e demográficos foram avaliados: percentual de sítios com profundidade de bolsa  6,0 mm (%PBS6,0 mm); índice gengival (IG); perda óssea radiográfica (POR); fumo; duração do diabetes ; idade; índice de massa corpórea (IMC), n de internações e n de dentes presentes. Amostras de sangue e/ou esfregaço bucal foram colhidas de 58 pacientes do grupo teste e de 73 controles. Após a extração do DNA genômico e amplificação da região genômica de interesse por PCR (Polymerase Chain Reaction), o polimorfismo TNFA 1031T>C foi analisado por BbsI RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism). A análise dos produtos de digestão foi feita por eletroforese em gel de poliacrilamida 8%. A análise estatística das freqüências alélica e genotípica juntamente com os dados clínicos e epidemiológicos entre os 2 grupos foi feita através do teste do Mann-Whitney e do Qui-quadrado. Os grupos de estudo obedecem ao princípio de Hardy-Weinberg. No grupo ND, as seguintes freqüências genotípicas foram encontradas: 78,1% (T/T); 20,5% (T/C) e 1,4% (C/C) enquanto no grupo D foram: 42,4%(T/T); 37,3% (T/C) e 20,3% (C/C). A frequência do alelo T no grupo diabético (D) foi de 0,610 ao passo que no grupo ND foi de 0,883. Não foi possível encontrar uma relação entre o polimorfismo -1031 T>C do gene TNFA e a presença de periodontite em diabéticos tipo I. Entretanto, o polimorfismo estudado se mostrou significativamente relacionado (p<0,0001 e OR= 4.85 95%IC 2,271-10,338) à presença do diabetes tipo I.

Os motivos da não erupção dos terceiros molares

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Medicina Dentária

Plate-specific gain map correction for the improvement of detective quantum efficiency in computed radiography.

PURPOSE: The purpose of this work is to improve the noise power spectrum (NPS), and thus the detective quantum efficiency (DQE), of computed radiography (CR) images by correcting for spatial gain variations specific to individual imaging plates. CR devices have not traditionally employed gain-map corrections, unlike the case with flat-panel detectors, because of the multiplicity of plates used with each reader. The lack of gain-map correction has limited the DQE(f) at higher exposures with CR. This current work describes a feasible solution to generating plate-specific gain maps. METHODS: Ten high-exposure open field images were taken with an RQA5 spectrum, using a sixth generation CR plate suspended in air without a cassette. Image values were converted to exposure, the plates registered using fiducial dots on the plate, the ten images averaged, and then high-pass filtered to remove low frequency contributions from field inhomogeneity. A gain-map was then produced by converting all pixel values in the average into fractions with mean of one. The resultant gain-map of the plate was used to normalize subsequent single images to correct for spatial gain fluctuation. To validate performance, the normalized NPS (NNPS) for all images was calculated both with and without the gain-map correction. Variations in the quality of correction due to exposure levels, beam voltage/spectrum, CR reader used, and registration were investigated. RESULTS: The NNPS with plate-specific gain-map correction showed improvement over the noncorrected case over the range of frequencies from 0.15 to 2.5 mm(-1). At high exposure (40 mR), NNPS was 50%-90% better with gain-map correction than without. A small further improvement in NNPS was seen from carefully registering the gain-map with subsequent images using small fiducial dots, because of slight misregistration during scanning. Further improvement was seen in the NNPS from scaling the gain map about the mean to account for different beam spectra. CONCLUSIONS: This study demonstrates that a simple gain-map can be used to correct for the fixed-pattern noise in a given plate and thus improve the DQE of CR imaging. Such a method could easily be implemented by manufacturers because each plate has a unique bar code and the gain-map for all plates associated with a reader could be stored for future retrieval. These experiments indicated that an improvement in NPS (and hence, DQE) is possible, depending on exposure level, over a wide range of frequencies with this technique.

Comparative performance of multiview stereoscopic and mammographic display modalities for breast lesion detection.

PURPOSE: Mammography is known to be one of the most difficult radiographic exams to interpret. Mammography has important limitations, including the superposition of normal tissue that can obscure a mass, chance alignment of normal tissue to mimic a true lesion and the inability to derive volumetric information. It has been shown that stereomammography can overcome these deficiencies by showing that layers of normal tissue lay at different depths. If standard stereomammography (i.e., a single stereoscopic pair consisting of two projection images) can significantly improve lesion detection, how will multiview stereoscopy (MVS), where many projection images are used, compare to mammography? The aim of this study was to assess the relative performance of MVS compared to mammography for breast mass detection. METHODS: The MVS image sets consisted of the 25 raw projection images acquired over an arc of approximately 45 degrees using a Siemens prototype breast tomosynthesis system. The mammograms were acquired using a commercial Siemens FFDM system. The raw data were taken from both of these systems for 27 cases and realistic simulated mass lesions were added to duplicates of the 27 images at the same local contrast. The images with lesions (27 mammography and 27 MVS) and the images without lesions (27 mammography and 27 MVS) were then postprocessed to provide comparable and representative image appearance across the two modalities. All 108 image sets were shown to five full-time breast imaging radiologists in random order on a state-of-the-art stereoscopic display. The observers were asked to give a confidence rating for each image (0 for lesion definitely not present, 100 for lesion definitely present). The ratings were then compiled and processed using ROC and variance analysis. RESULTS: The mean AUC for the five observers was 0.614 +/- 0.055 for mammography and 0.778 +/- 0.052 for multiview stereoscopy. The difference of 0.164 +/- 0.065 was statistically significant with a p-value of 0.0148. CONCLUSIONS: The differences in the AUCs and the p-value suggest that multiview stereoscopy has a statistically significant advantage over mammography in the detection of simulated breast masses. This highlights the dominance of anatomical noise compared to quantum noise for breast mass detection. It also shows that significant lesion detection can be achieved with MVS without any of the artifacts associated with tomosynthesis.

Dual-energy computed tomography with advanced postimage acquisition data processing: improved determination of urinary stone composition.

INTRODUCTION: The characterization of urinary calculi using noninvasive methods has the potential to affect clinical management. CT remains the gold standard for diagnosis of urinary calculi, but has not reliably differentiated varying stone compositions. Dual-energy CT (DECT) has emerged as a technology to improve CT characterization of anatomic structures. This study aims to assess the ability of DECT to accurately discriminate between different types of urinary calculi in an in vitro model using novel postimage acquisition data processing techniques. METHODS: Fifty urinary calculi were assessed, of which 44 had >or=60% composition of one component. DECT was performed utilizing 64-slice multidetector CT. The attenuation profiles of the lower-energy (DECT-Low) and higher-energy (DECT-High) datasets were used to investigate whether differences could be seen between different stone compositions. RESULTS: Postimage acquisition processing allowed for identification of the main different chemical compositions of urinary calculi: brushite, calcium oxalate-calcium phosphate, struvite, cystine, and uric acid. Statistical analysis demonstrated that this processing identified all stone compositions without obvious graphical overlap. CONCLUSION: Dual-energy multidetector CT with postprocessing techniques allows for accurate discrimination among the main different subtypes of urinary calculi in an in vitro model. The ability to better detect stone composition may have implications in determining the optimum clinical treatment modality for urinary calculi from noninvasive, preprocedure radiological assessment.

Energy recovery in individuals with knee osteoarthritis.

OBJECTIVE: Pathological gaits have been shown to limit transfer between potential (PE) and kinetic (KE) energy during walking, which can increase locomotor costs. The purpose of this study was to examine whether energy exchange would be limited in people with knee osteoarthritis (OA). METHODS: Ground reaction forces during walking were collected from 93 subjects with symptomatic knee OA (self-selected and fast speeds) and 13 healthy controls (self-selected speed) and used to calculate their center of mass (COM) movements, PE and KE relationships, and energy recovery during a stride. Correlations and linear regressions examined the impact of energy fluctuation phase and amplitude, walking velocity, body mass, self-reported pain, and radiographic severity on recovery. Paired t-tests were run to compare energy recovery between cohorts. RESULTS: Symptomatic knee OA subjects displayed lower energetic recovery during self-selected walking speeds than healthy controls (P = 0.0018). PE and KE phase relationships explained the majority (66%) of variance in recovery. Recovery had a complex relationship with velocity and its change across speeds was significantly influenced by the self-selected walking speed of each subject. Neither radiographic OA scores nor subject self-reported measures demonstrated any relationship with energy recovery. CONCLUSIONS: Knee OA reduces effective exchange of PE and KE, potentially increasing the muscular work required to control movements of the COM. Gait retraining may return subjects to more normal patterns of energy exchange and allow them to reduce fatigue.

Mid-term results and factors affecting outcome of a metal-backed unicompartmental knee design: a case series.

BACKGROUND: Controversies exist regarding the indications for unicompartmental knee arthroplasty. The objective of this study is to report the mid-term results and examine predictors of failure in a metal-backed unicompartmental knee arthroplasty design. METHODS: At a mean follow-up of 60 months, 80 medial unicompartmental knee arthroplasties (68 patients) were evaluated. Implant survivorship was analyzed using Kaplan-Meier method. The Knee Society objective and functional scores and radiographic characteristics were compared before surgery and at final follow-up. A Cox proportional hazard model was used to examine the association of patient's age, gender, obesity (body mass index > 30 kg/m2), diagnosis, Knee Society scores and patella arthrosis with failure. RESULTS: There were 9 failures during the follow up. The mean Knee Society objective and functional scores were respectively 49 and 48 points preoperatively and 95 and 92 points postoperatively. The survival rate was 92% at 5 years and 84% at 10 years. The mean age was younger in the failure group than the non-failure group (p < 0.01). However, none of the factors assessed was independently associated with failure based on the results from the Cox proportional hazard model. CONCLUSION: Gender, pre-operative diagnosis, preoperative objective and functional scores and patellar osteophytes were not independent predictors of failure of unicompartmental knee implants, although high body mass index trended toward significance. The findings suggest that the standard criteria for UKA may be expanded without compromising the outcomes, although caution may be warranted in patients with very high body mass index pending additional data to confirm our results. LEVEL OF EVIDENCE: IV.

Risk of dislocation using large- vs. small-diameter femoral heads in total hip arthroplasty.

BACKGROUND: Dislocation remains a difficult problem in total hip arthroplasty. Large-diameter femoral heads may lower the incidence of dislocation by enhancing the jump distance and decreasing impingement, but their performance against small-diameter heads has not been assessed. This study compared the mid-term radiographic and functional outcomes of two matched cohorts of patients undergoing total hip arthroplasty who had a high pre-operative risk for dislocation and who received either small-diameter (26- or 28-millimeters) or large-diameter (≥36-millimeters) femoral heads. METHODS: All patients who received large-diameter heads (≥36-millimeter) between 2002 and 2005, and who had pre-operative risk factors for dislocation, were identified in the institution's joint registry. Forty-one patients (52 hips) who received large-diameter heads were identified, and these patients were matched to 48 patients (52 hips) in the registry who received small-diameter femoral heads. RESULTS: At mean final follow-up of 62 months (range, 49 to 101 months), both groups achieved excellent functional outcomes as measured by Harris Hip scores, with slightly better final scores in the large-diameter group (90 vs. 83 points). No patient showed any radiographic signs of loosening. No patient dislocated in the large-diameter femoral head group; the smaller-diameter group had a greater rate of dislocation (3.8%, 2 out of 52). CONCLUSIONS: Large-diameter femoral head articulations may reduce dislocation rates in patients who have a high pre-operative risk for dislocation while providing the same functional improvements and safety as small-diameter bearings.

Are component positioning and prosthesis size associated with hip resurfacing failure?

BACKGROUND: Recent studies suggest that there is a learning curve for metal-on-metal hip resurfacing. The purpose of this study was to assess whether implant positioning changed with surgeon experience and whether positioning and component sizing were associated with implant longevity. METHODS: We evaluated the first 361 consecutive hip resurfacings performed by a single surgeon, which had a mean follow-up of 59 months (range, 28 to 87 months). Pre and post-operative radiographs were assessed to determine the inclination of the acetabular component, as well as the sagittal and coronal femoral stem-neck angles. Changes in the precision of component placement were determined by assessing changes in the standard deviation of each measurement using variance ratio and linear regression analysis. Additionally, the cup and stem-shaft angles as well as component sizes were compared between the 31 hips that failed over the follow-up period and the surviving components to assess for any differences that might have been associated with an increased risk for failure. RESULTS: Surgeon experience was correlated with improved precision of the antero-posterior and lateral positioning of the femoral component. However, femoral and acetabular radiographic implant positioning angles were not different between the surviving hips and failures. The failures had smaller mean femoral component diameters as compared to the non-failure group (44 versus 47 millimeters). CONCLUSIONS: These results suggest that there may be differences in implant positioning in early versus late learning curve procedures, but that in the absence of recognized risk factors such as intra-operative notching of the femoral neck and cup inclination in excess of 50 degrees, component positioning does not appear to be associated with failure. Nevertheless, surgeons should exercise caution in operating patients with small femoral necks, especially when they are early in the learning curve.

Spectrotemporal CT data acquisition and reconstruction at low dose.

PURPOSE: X-ray computed tomography (CT) is widely used, both clinically and preclinically, for fast, high-resolution anatomic imaging; however, compelling opportunities exist to expand its use in functional imaging applications. For instance, spectral information combined with nanoparticle contrast agents enables quantification of tissue perfusion levels, while temporal information details cardiac and respiratory dynamics. The authors propose and demonstrate a projection acquisition and reconstruction strategy for 5D CT (3D+dual energy+time) which recovers spectral and temporal information without substantially increasing radiation dose or sampling time relative to anatomic imaging protocols. METHODS: The authors approach the 5D reconstruction problem within the framework of low-rank and sparse matrix decomposition. Unlike previous work on rank-sparsity constrained CT reconstruction, the authors establish an explicit rank-sparse signal model to describe the spectral and temporal dimensions. The spectral dimension is represented as a well-sampled time and energy averaged image plus regularly undersampled principal components describing the spectral contrast. The temporal dimension is represented as the same time and energy averaged reconstruction plus contiguous, spatially sparse, and irregularly sampled temporal contrast images. Using a nonlinear, image domain filtration approach, the authors refer to as rank-sparse kernel regression, the authors transfer image structure from the well-sampled time and energy averaged reconstruction to the spectral and temporal contrast images. This regularization strategy strictly constrains the reconstruction problem while approximately separating the temporal and spectral dimensions. Separability results in a highly compressed representation for the 5D data in which projections are shared between the temporal and spectral reconstruction subproblems, enabling substantial undersampling. The authors solved the 5D reconstruction problem using the split Bregman method and GPU-based implementations of backprojection, reprojection, and kernel regression. Using a preclinical mouse model, the authors apply the proposed algorithm to study myocardial injury following radiation treatment of breast cancer. RESULTS: Quantitative 5D simulations are performed using the MOBY mouse phantom. Twenty data sets (ten cardiac phases, two energies) are reconstructed with 88 μm, isotropic voxels from 450 total projections acquired over a single 360° rotation. In vivo 5D myocardial injury data sets acquired in two mice injected with gold and iodine nanoparticles are also reconstructed with 20 data sets per mouse using the same acquisition parameters (dose: ∼60 mGy). For both the simulations and the in vivo data, the reconstruction quality is sufficient to perform material decomposition into gold and iodine maps to localize the extent of myocardial injury (gold accumulation) and to measure cardiac functional metrics (vascular iodine). Their 5D CT imaging protocol represents a 95% reduction in radiation dose per cardiac phase and energy and a 40-fold decrease in projection sampling time relative to their standard imaging protocol. CONCLUSIONS: Their 5D CT data acquisition and reconstruction protocol efficiently exploits the rank-sparse nature of spectral and temporal CT data to provide high-fidelity reconstruction results without increased radiation dose or sampling time.

Time for treating bone fracture using rhBMP-2: a randomised placebo controlled mouse fracture trial.

Although the mechanisms of osteoinduction by bone morphogenic proteins (BMPs) are increasingly understood, the most appropriate time to administer BMPs exogenously is yet to be clarified.The purpose of this study was to investigate when BMP may be administered to a fracture arena to maximise the enhancement of healing.Forty mice with externally fixed left femoral fractures were randomised into four groups: Group I, the control group was given a placebo of 30 ll saline at day 0; Groups II, III and IV were given 30 ll saline plus 2.5 lg rhBMP-2, at post-operative days 0, 4 or 8, respectively.Sequential radiographs were taken at days 0, 8, 16.On day 22 the mice were sacrificed and both femora were harvested for biomechanical assessment in 3-point bending and histological evaluation.Radiographic analysis indicated that healing of fractures in Groups II and III was significantly greater (p <0.05) than those in Groups I and IV, at both 16 and 22 days post-fracture. The highest median bone mineral content at the fracture site was evidenced in Group III and II.Furthermore, Group III also had the highest relative ultimate load values, followed by Groups II, IV and I.Greater percentage peak loads were observed between Group I and both Groups II and III (p <0.05). Histological examination confirmed that at 22 days post-fracture, only fractures in Groups II and III had united with woven bone, and Groups I and IV still had considerable amounts of fibrous tissue and cartilage at the fracture gap.Data presented herein indicates that there is a time after fracture when rhBMP administration is most effective, and this may be at the time of surgery as well as in the early fracture healing phases.