Advanced epithelial ovarian cancer – studies on preoperative [18F] FDG PET/CT and HE4 profile during primary chemotherapy

Epithelial ovarian cancer (EOC) is usually diagnosed in an advanced stage. The prognosis depends highly on the amount of the residual tumor in surgery. In patients with extensive disease, neoadjuvant chemotherapy (NACT) is used to diminish the tumor load before debulking surgery. New non-invasive methods are needed to preoperatively evaluate the disease dissemination and operability. [18F] FDG PET/CT (Positron emission tomography/computed tomography) is a promising method for cancer diagnostics and staging. The biomarker profiles during treatment can predict patient’s outcome. This prospective study included 41 EOC patients, 21 treated with primary surgery and 20 with NACT and interval surgery. The performances of preoperative contrast enhanced PET/CT (PET/ceCT) and diagnostic CT (ceCT) were compared. Perioperative visual estimation of tumor spread was studied in primary and interval surgery. The profile of the serum marker HE4 (Human epididymis 4) during primary chemotherapy was evaluated. In primary surgery, surgical findings were found to form an adequate reference standard for imaging studies. After NACT, the sensitivity for visual estimation of cancer dissemination was significantly worse. Preoperative PET/ceCT was more effective than ceCT alone in detecting extra-abdominal disease spread. The high number of supradiaphragmatic lymph node metastases detected by PET/ceCT at the time of diagnosis brings new insight in EOC spread patterns. The sensitivity of both PET/CT and ceCT remained modest in intra-abdominal areas important to operability. The HE4 profile was in concordance with the CA125 profile during primary chemotherapy. Its role in the evaluation of EOC chemotherapy response will be clarified in further studies.

Radiography, computed tomography and magnetic resonance imaging at 0.5 Tesla of mechanically inducedosteoarthritis in rabbit knees

In the present experimental study we assessed induced osteoarthritis data in rabbits, compared three diagnostic methods, i.e., radiography (XR), computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI), and correlated the imaging findings with those obtained by macroscopic evaluation. Ten young female rabbits of the Norfolk breed were used. Seven rabbits had the right knee immobilized in extension for a period of 12 weeks (immobilized group), and three others did not have a limb immobilized and were maintained under the same conditions (control group). Alterations observed by XR, CT and MRI after the period of immobilization were osteophytes, osteochondral lesions, increase and decrease of joint space, all of them present both in the immobilized and non-immobilized contralateral limbs. However, a significantly higher score was obtained for the immobilized limbs (XT: P = 0.016, CT: P = 0.031, MRI: P = 0.0156). All imaging methods were able to detect osteoarthritis changes after the 12 weeks of immobilization. Macroscopic evaluation identified increased thickening of joint capsule, proliferative and connective tissue in the femoropatellar joint, and irregularities of articular cartilage, especially in immobilized knees. The differences among XR, CT and MRI were not statistically significant for the immobilized knees. However, MRI using a 0.5 Tesla scanner was statistically different from CT and XR for the non-immobilized contralateral knees. We conclude that the three methods detected osteoarthritis lesions in rabbit knees, but MRI was less sensitive than XR and CT in detecting lesions compatible with initial osteoarthritis. Since none of the techniques revealed all the lesions, it is important to use all methods to establish an accurate diagnosis.

Optimization and validation of a new 3D-US imaging robot to detect, localize and quantify lower limb arterial stenoses

L’athérosclérose est une maladie qui cause, par l’accumulation de plaques lipidiques, le durcissement de la paroi des artères et le rétrécissement de la lumière. Ces lésions sont généralement localisées sur les segments artériels coronariens, carotidiens, aortiques, rénaux, digestifs et périphériques. En ce qui concerne l’atteinte périphérique, celle des membres inférieurs est particulièrement fréquente. En effet, la sévérité de ces lésions artérielles est souvent évaluée par le degré d’une sténose (réduction >50 % du diamètre de la lumière) en angiographie, imagerie par résonnance magnétique (IRM), tomodensitométrie ou échographie. Cependant, pour planifier une intervention chirurgicale, une représentation géométrique artérielle 3D est notamment préférable. Les méthodes d’imagerie par coupe (IRM et tomodensitométrie) sont très performantes pour générer une imagerie tridimensionnelle de bonne qualité mais leurs utilisations sont dispendieuses et invasives pour les patients. L’échographie 3D peut constituer une avenue très prometteuse en imagerie pour la localisation et la quantification des sténoses. Cette modalité d’imagerie offre des avantages distincts tels la commodité, des coûts peu élevés pour un diagnostic non invasif (sans irradiation ni agent de contraste néphrotoxique) et aussi l’option d’analyse en Doppler pour quantifier le flux sanguin. Étant donné que les robots médicaux ont déjà été utilisés avec succès en chirurgie et en orthopédie, notre équipe a conçu un nouveau système robotique d’échographie 3D pour détecter et quantifier les sténoses des membres inférieurs. Avec cette nouvelle technologie, un radiologue fait l’apprentissage manuel au robot d’un balayage échographique du vaisseau concerné. Par la suite, le robot répète à très haute précision la trajectoire apprise, contrôle simultanément le processus d’acquisition d’images échographiques à un pas d’échantillonnage constant et conserve de façon sécuritaire la force appliquée par la sonde sur la peau du patient. Par conséquent, la reconstruction d’une géométrie artérielle 3D des membres inférieurs à partir de ce système pourrait permettre une localisation et une quantification des sténoses à très grande fiabilité. L’objectif de ce projet de recherche consistait donc à valider et optimiser ce système robotisé d’imagerie échographique 3D. La fiabilité d’une géométrie reconstruite en 3D à partir d’un système référentiel robotique dépend beaucoup de la précision du positionnement et de la procédure de calibration. De ce fait, la précision pour le positionnement du bras robotique fut évaluée à travers son espace de travail avec un fantôme spécialement conçu pour simuler la configuration des artères des membres inférieurs (article 1 - chapitre 3). De plus, un fantôme de fils croisés en forme de Z a été conçu pour assurer une calibration précise du système robotique (article 2 - chapitre 4). Ces méthodes optimales ont été utilisées pour valider le système pour l’application clinique et trouver la transformation qui convertit les coordonnées de l’image échographique 2D dans le référentiel cartésien du bras robotisé. À partir de ces résultats, tout objet balayé par le système robotique peut être caractérisé pour une reconstruction 3D adéquate. Des fantômes vasculaires compatibles avec plusieurs modalités d’imagerie ont été utilisés pour simuler différentes représentations artérielles des membres inférieurs (article 2 - chapitre 4, article 3 - chapitre 5). La validation des géométries reconstruites a été effectuée à l`aide d`analyses comparatives. La précision pour localiser et quantifier les sténoses avec ce système robotisé d’imagerie échographique 3D a aussi été déterminée. Ces évaluations ont été réalisées in vivo pour percevoir le potentiel de l’utilisation d’un tel système en clinique (article 3- chapitre 5).

Description du développement épiphysaire du tarse et du grasset équin à l’IRM et au CT : un pas vers la compréhension de l’OCD

L’ostéochondrite disséquante (OCD) est un défaut focal du processus d’ossification endochondrale en des sites spécifiques au niveau épiphysaire. Elle est caractérisée par la présence de fragments ostéochondraux pouvant se détacher de la surface articulaire. Cette maladie a un impact majeur sur les performances athlétiques des chevaux. Les deux hypothèses principales présentement véhiculées quant à sa pathogénie sont une nécrose ischémique du cartilage de croissance et une altération du métabolisme de la matrice de collagène de type II au sein du cartilage de croissance. Malgré de nombreuses années de recherche sur le sujet, plusieurs aspects de cette maladie demeurent inconnus. L’objectif de cette étude était de décrire le développement épiphysaire équin au niveau du membre pelvien à l’aide de l’imagerie médicale afin de déterminer si des variations du processus de maturation à certains sites pouvaient être un facteur prédisposant au développement de lésions d’OCD. Des membres pelviens de fœtus et de jeunes poulains ont été étudiés post-mortem. L’épiphyse du fémur distal, tibia distal et du talus ont été examinées par tomodensitométrie (CT) et résonnance magnétique 1.5 Tesla (IRM) dans le but de documenter le degré et le patron d’ossification, la régularité du front d’ossification, de même que le pourcentage du diamètre épiphysaire demeurant occupé par le complexe de cartilage articulaire-épiphysaire, et ce au niveau de certains sites prédéterminés. Les centres secondaires d’ossification (SOCs) ont été détectés pour la première fois à 7 mois de gestation (MOG) au niveau de l’épiphyse fémorale distale et à 8 MOG au niveau de l’épiphyse tibiale distale et du talus. À 8-9 MOG la lèvre latérale de la trochlée fémorale, la malléole médiale du tibia (MM) et la partie crâniale de la crête intermédiaire du tibia distal (DIRT(Cr)), tous des sites prédisposés à la maladie, avaient le plus haut pourcentage de cartilage de tous les sites évalués. Post-partum, le pourcentage de cartilage de la MM et de la DIRT(Cr) sont demeurés importants. Le CT et l’IRM ont su illustrer le développement épiphysaire équin et soutenir d’avantage le fait qu’un cartilage plus épais à certains sites articulaires pourrait avoir un rôle dans le développement de lésions d’OCD.

Semiautomated 3D liver segmentation using computed tomography and magnetic resonance imaging

Le foie est un organe vital ayant une capacité de régénération exceptionnelle et un rôle crucial dans le fonctionnement de l’organisme. L’évaluation du volume du foie est un outil important pouvant être utilisé comme marqueur biologique de sévérité de maladies hépatiques. La volumétrie du foie est indiquée avant les hépatectomies majeures, l’embolisation de la veine porte et la transplantation. La méthode la plus répandue sur la base d'examens de tomodensitométrie (TDM) et d'imagerie par résonance magnétique (IRM) consiste à délimiter le contour du foie sur plusieurs coupes consécutives, un processus appelé la «segmentation». Nous présentons la conception et la stratégie de validation pour une méthode de segmentation semi-automatisée développée à notre institution. Notre méthode représente une approche basée sur un modèle utilisant l’interpolation variationnelle de forme ainsi que l’optimisation de maillages de Laplace. La méthode a été conçue afin d’être compatible avec la TDM ainsi que l' IRM. Nous avons évalué la répétabilité, la fiabilité ainsi que l’efficacité de notre méthode semi-automatisée de segmentation avec deux études transversales conçues rétrospectivement. Les résultats de nos études de validation suggèrent que la méthode de segmentation confère une fiabilité et répétabilité comparables à la segmentation manuelle. De plus, cette méthode diminue de façon significative le temps d’interaction, la rendant ainsi adaptée à la pratique clinique courante. D’autres études pourraient incorporer la volumétrie afin de déterminer des marqueurs biologiques de maladie hépatique basés sur le volume tels que la présence de stéatose, de fer, ou encore la mesure de fibrose par unité de volume.

2D-3D Rigid-Body Registration of X-Ray Fluoroscopy and CT Images

The registration of pre-operative volumetric datasets to intra- operative two-dimensional images provides an improved way of verifying patient position and medical instrument loca- tion. In applications from orthopedics to neurosurgery, it has a great value in maintaining up-to-date information about changes due to intervention. We propose a mutual information- based registration algorithm to establish the proper align- ment. For optimization purposes, we compare the perfor- mance of the non-gradient Powell method and two slightly di erent versions of a stochastic gradient ascent strategy: one using a sparsely sampled histogramming approach and the other Parzen windowing to carry out probability density approximation. Our main contribution lies in adopting the stochastic ap- proximation scheme successfully applied in 3D-3D registra- tion problems to the 2D-3D scenario, which obviates the need for the generation of full DRRs at each iteration of pose op- timization. This facilitates a considerable savings in compu- tation expense. We also introduce a new probability density estimator for image intensities via sparse histogramming, de- rive gradient estimates for the density measures required by the maximization procedure and introduce the framework for a multiresolution strategy to the problem. Registration results are presented on uoroscopy and CT datasets of a plastic pelvis and a real skull, and on a high-resolution CT- derived simulated dataset of a real skull, a plastic skull, a plastic pelvis and a plastic lumbar spine segment.

An X-ray micro-tomography system optimised for the low-dose study of living organisms

An X-ray micro-tomography system has been designed that is dedicated to the low-dose imaging of radiation sensitive living organisms and has been used to image the early development of the first few days of plant development immediately after germination. The system is based on third-generation X-ray micro-tomography system and consists of an X-ray tube, two-dimensional X-ray detector and a mechanical sample manipulation stage. The X-ray source is a 50 kVp X-ray tube with a silver target with a filter to centre the X-ray spectrum on 22 keV.A 100 mm diameter X-ray image intensifier (XRII) is used to collect the two-dimensional projection images. The rotation tomography table incorporates a linear translation mechanism to eliminate ring artefact that is commonly associated with third-generation tomography systems' Developing maize seeds (Triticum aestivum) have been imaged using the system with a cubic voxel linear dimension of 100 mum, over a diameter of 25 mm and the root lengths and volumes measured. The X-ray dose to the plants was also assessed and found to have no effect on the plant root development. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Forward modelling to determine the observational signatures of white-light imaging and interplanetary scintillation for the propagation of an interplanetary shock in the ecliptic plane

Recent coordinated observations of interplanetary scintillation (IPS) from the EISCAT, MERLIN, and STELab, and stereoscopic white-light imaging from the two heliospheric imagers (HIs) onboard the twin STEREO spacecraft are significant to continuously track the propagation and evolution of solar eruptions throughout interplanetary space. In order to obtain a better understanding of the observational signatures in these two remote-sensing techniques, the magnetohydrodynamics of the macro-scale interplanetary disturbance and the radio-wave scattering of the micro-scale electron-density fluctuation are coupled and investigated using a newly constructed multi-scale numerical model. This model is then applied to a case of an interplanetary shock propagation within the ecliptic plane. The shock could be nearly invisible to an HI, once entering the Thomson-scattering sphere of the HI. The asymmetry in the optical images between the western and eastern HIs suggests the shock propagation off the Sun–Earth line. Meanwhile, an IPS signal, strongly dependent on the local electron density, is insensitive to the density cavity far downstream of the shock front. When this cavity (or the shock nose) is cut through by an IPS ray-path, a single speed component at the flank (or the nose) of the shock can be recorded; when an IPS ray-path penetrates the sheath between the shock nose and this cavity, two speed components at the sheath and flank can be detected. Moreover, once a shock front touches an IPS ray-path, the derived position and speed at the irregularity source of this IPS signal, together with an assumption of a radial and constant propagation of the shock, can be used to estimate the later appearance of the shock front in the elongation of the HI field of view. The results of synthetic measurements from forward modelling are helpful in inferring the in-situ properties of coronal mass ejection from real observational data via an inverse approach.

Spectroscopic imaging of arteries and atherosclerotic plaques

Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic imaging using a focal plane array detector has been used to study atherosclerotic arteries with a spatial resolution of 3-4 mum, i.e., at a level that is comparable with cellular dimensions. Such high spatial resolution is made possible using a micro-attenuated total reflection (ATR) germanium objective with a high refractive index and therefore high numerical aperture. This micro-ATR approach has enabled small structures within the vessel wall to be imaged for the first time by FTIR. Structures observed include the elastic lamellae of the tunica media and a heterogeneous distribution of small clusters of cholesterol esters within an atherosclerotic lesion, which may correspond to foam cells. A macro-ATR imaging method was also applied, which involves the use of a diamond macro-ATR accessory. This study of atherosclerosis is presented as an illustrative example of the wider potential of these A TR imaging approaches for cardiovascular medicine and biomedical applications. (C) 2004 Wiley Periodicals, Inc.

Terahertz pulse imaging in archaeology

The work presented in this article was performed at the Oriental Institute at the University of Chicago, on objects from their permanent collection: an ancient Egyptian bird mummy and three ancient Sumerian corroded copper-alloy objects. We used a portable, fiber-coupled terahertz time-domain spectroscopic imaging system, which allowed us to measure specimens in both transmission and reflection geometry, and present time- and frequency-based image modes. The results confirm earlier evidence that terahertz imaging can provide complementary information to that obtainable from x-ray CT scans of mummies, giving better visualisation of low density regions. In addition, we demonstrate that terahertz imaging can distinguish mineralized layers in metal artifacts.

Three dimensional analysis of cardiovascular development in mouse embryos using X-ray microcomputed tomography

Micro-computed tomography (μCT) has been successfully used to study the cardiovascular system of mouse embryos in situ. With the use of barium as a suitable contrast agent, blood vessels have been imaged and analysed quantitatively such as blood volume and vessel sizes on embryos of ages 14.5 to 16.5 days old. The advantage of using this imaging modality is that it has provided three dimensional information whilst leaving samples intact for further study.

Refraction corrected transmission ultrasound computed tomography for application in breast imaging

Purpose: We present an iterative framework for CT reconstruction from transmission ultrasound data which accurately and efficiently models the strong refraction effects that occur in our target application: Imaging the female breast. Methods: Our refractive ray tracing framework has its foundation in the fast marching method (FNMM) and it allows an accurate as well as efficient modeling of curved rays. We also describe a novel regularization scheme that yields further significant reconstruction quality improvements. A final contribution is the development of a realistic anthropomorphic digital breast phantom based on the NIH Visible Female data set. Results: Our system is able to resolve very fine details even in the presence of significant noise, and it reconstructs both sound speed and attenuation data. Excellent correspondence with a traditional, but significantly more computationally expensive wave equation solver is achieved. Conclusions: Apart from the accurate modeling of curved rays, decisive factors have also been our regularization scheme and the high-quality interpolation filter we have used. An added benefit of our framework is that it accelerates well on GPUs where we have shown that clinical 3D reconstruction speeds on the order of minutes are possible.

Computed tomographic-dacryocystography (CT-DCG) of the normal canine nasolacrimal drainage system with three-dimensional reconstruction

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

C5 and C6 human dermatomes: a clinical, electromyographical, imaging and surgical findings

There is substantial controversy in literature about human dermatomes. In this work, C5 and C6 superior limb dermatomes were studied. The method consisted of comparing clinical signs and symptoms with conduction studies, electromyographical data, neurosurgical findings, and imaging findings obtained by computerized tomography (CT) or magnetic resonance imaging (MRI), for each patient. Data analysis from superior members in 18 patients suggests that C5 is located in the lateral aspect of the shoulder and arm, and C6 in the lateral aspect of the forearm and 1(st), 2(nd), and 3(rd) fingers. To our knowledge this is the first time that C5 and C6 human dermatomes have been studied by all the following methods together: clinical, electromyographical, CT and MR imaging, and surgical findings.

L4-L5-S1 human dermatomes: a clinical, electromyographical, imaging and surgical findings

There is substantial controversy in literature about human dermatomes. We studied L4, L5, and S1 inferior limb dermatomes by comparing clinical signs and symptoms with conduction studies, electromyographical data, neurosurgical findings, and imaging data from computerized tomography (CT) or magnetic resonance imaging (MRI). After analyzing 60 patients, we concluded that L4 is probably located in the medial aspect of the leg, L5 in the lateral aspect of the leg and foot dorsus, and S1 in the posterior aspect of the backside, tight, leg and plantar foot skin. This is the first time that these human dermatomes have been evaluated by combined analysis of clinical, electromyographical, neurosurgical, and imaging data.