Melatonin prevents inflammation and oxidative stress caused by abdominopelvic and total body irradiation of rat small intestine

We investigated the day-night differences in intestinal oxidative-injury and the inflammatory response following total body (TB) or abdominopelvic (AP) irradiation, and the influence of melatonin administration on tissue injury induced by radiation. Rats (male Wistar, weighing 220-280 g) in the irradiated groups were exposed to a dose of 8 Gy to the TB or AP region in the morning (resting period - 1 h after light onset) or evening (activity span - 13 h after light onset). Vehicle or melatonin was administered immediately before, immediately after and 24 h after irradiation (10, 2.0 and 10 mg/kg, ip, respectively) to the irradiated rats. AP (P < 0.05) and TB (P < 0.05) irradiation applied in the morning caused a significant increase in thiobarbituric acid reactive substance (TBARS) levels. Melatonin treatment in the morning (P < 0.05) or evening (P < 0.05) decreased TBARS levels after TB irradiation. After AP irradiation, melatonin treatment only in the morning caused a significant decrease in TBARS levels (P < 0.05). Although we have confirmed the development of inflammation after radiotherapy by histological findings, neither AP nor TB irradiation caused any marked changes in myeloperoxidase activity in the morning or evening. Our results indicate that oxidative damage is more prominent in rats receiving TB and AP irradiation in the morning and melatonin appears to have beneficial effects on oxidative damage irrespective of the time of administration. Increased neutrophil accumulation indicates that melatonin administration exerts a protective effect on AP irradiation-induced tissue oxidative injury, especially in the morning.

Photocatalysis Studies under Visible Light Irradiation with TiO2 Obtained by Pulsed Electric Field Assisted Sol-Gel Method

The objective of this thesis was to study the effect of pulsed electric field on the preparation of TiO2 nanoparticles via sol-gel method under the visible light irradiation. The literature part introduces properties of different TiO2 crystal forms and principle of photocatalysis. It was expected that pulsed electric field would have an influence on degradation for oxalic acid and formic acid. TiO2 samples were prepared by using three frequencies (50Hz, 294Hz, and 963Hz) and two treatment times (12 minutes and 24 minutes) of pulsed electric field. The photocatalytic activities of TiO2 samples produced with sol-gel method were also compared with the TiO2 particles made by previous study and with the commercial TiO2 powder Aeroxide® (Evonic Degussa GmbH) at the same condition. Results show that pulsed electric field does have an effect on degradation for oxalic acid and formic acid. Generally, higher photocatalytic activities for oxalic acid and formic acid were obtained with lower frequency and longer treatment time of pulsed electric field.

An ultrasound and histomorphological analysis of experimental liver cirrhosis in rats

We investigated whether liver injury by dual exposure to ethanol and carbon tetrachloride (EtOH + CCl4) for 15 weeks would persist after hepatotoxic agents were removed (EtOH + CCl4/8wR). After 15 weeks of hepatic injury with ethanol (5.5%, m/v) and carbon tetrachloride (0.05, mL/kg, ip), 5 of 11 female Wistar rats were sacrificed. The other 6 rats were maintained for an additional 8 weeks without hepatotoxic agents. Ultrasonography showed increased liver echogenicity and dilation of portal vein caliber in both groups (EtOH + CCl4: 0.22 ± 0.01 cm, P < 0.001; EtOH + CCl4/8wR: 0.21 ± 0.02 cm, P < 0.01) vs control (0.16 ± 0.02 cm). Histopathology showed regenerative nodules in both experimental groups. Histomorphometry revealed increased fibrosis content in both groups (EtOH + CCl4: 12.6 ± 2.64%, P < 0.001; EtOH + CCl4/8wR: 10.4 ± 1.36%, P < 0.05) vs control (2.2 ± 1.21%). Collagen types I and III were increased in groups EtOH + CCl4 (collagen I: 2.5 ± 1.3%, P < 0.01; collagen III: 1.3 ± 0.2%, P < 0.05) and EtOH + CCl4/8wR (collagen I: 1.8 ± 0.06%, P < 0.05; collagen III: 1.5 ± 0.8%, P < 0.01) vs control (collagen I: 0.38 ± 0.11%; collagen III: 0.25 ± 0.06%). Tissue transglutaminase increased in both groups (EtOH + CCl4: 66.4 ± 8%, P < 0.01; EtOH + CCl4/8wR: 58.8 ± 21%, P < 0.01) vs control (7.9 ± 0.8%). Cirrhosis caused by the association of CCl4-EtOH remained for at least 8 weeks after removal of these hepatotoxic agents. Ultrasound images can be a useful tool to evaluate advanced hepatic alterations.

Effect of melatonin and time of administration on irradiation-induced damage to rat testes

The effect of ionizing irradiation on testes and the protective effects of melatonin were investigated by immunohistochemical and electron microscopic methods. Eighty-two adult male Wistar rats were divided into 10 groups. The rats in the irradiated groups were exposed to a sublethal irradiation dose of 8 Gy, either to the total body or abdominopelvic region using a 60Co source at a focus of 80 cm away from the skin in the morning or evening together with vehicle (20% ethanol) or melatonin administered 24 h before (10 mg/kg), immediately before (20 mg/kg) and 24 h after irradiation (10 mg/kg), all ip. Caspace-3 immunoreactivity was increased in the irradiated group compared to control (P < 0.05). Melatonin-treated groups showed less apoptosis as indicated by a considerable decrease in caspace-3 immunoreactivity (P < 0.05). Electron microscopic examination showed that all spermatogenic cells, especially primary spermatocytes, displayed prominent degeneration in the groups submitted to total body and abdominopelvic irradiation. However, melatonin administration considerably inhibited these degenerative changes, especially in rats who received abdominopelvic irradiation. Total body and abdominopelvic irradiation induced identical apoptosis and testicular damage. Chronobiological assessment revealed that biologic rhythm does not alter the inductive effect of irradiation. These data indicate that melatonin protects against total body and abdominopelvic irradiation. Melatonin was more effective in the evening abdominopelvic irradiation and melatonin-treated group than in the total body irradiation and melatonin-treated group.

Comparison of bone quantity by ultrasound measurements of phalanges between white and black children living in Paraná, Brazil, with Europeans

The objective of this study was to determine bone quantity by ultrasound measurements of the proximal finger phalanges (AD-SoS = amplitude-dependent speed of sound) of healthy Brazilian schoolchildren living in Paraná, Brazil and to compare these values with European populations. The sample was composed of 1356 Brazilian schoolchildren of both genders (660 males, 696 females), aged 6 to 11 years, divided into white (840) and black (516) groups and compared to age- and gender-matched Europeans. AD-SoS of the schoolchildren increased significantly with age for both genders. Significantly higher AD-SoS values were observed for the white children (1916 ± 58) compared to their black counterparts (1898 ± 72) and for the female gender (1920 ± 61) compared to the male gender (1898 ± 66). Overall, the AD-SoS outcomes for females were similar to those of European studies. However, the AD-SoS of the Brazilian schoolchildren of both genders and skin colors was lower than that reported for children in Poland. AD-SoS outcomes for Brazilian schoolboys were similar to those obtained in Italian studies and were lower than those of the Spanish children. In conclusion, Brazilian schoolchildren of both genders and skin colors showed lower bone quantities than Polish children and Spanish males, and levels similar to Italian children and Spanish females.

Wrist ultrasound analysis of patients with early rheumatoid arthritis

In the present study, we evaluated 42 wrists using the semi-quantitative scales power Doppler ultrasound (PDUS) and gray scale ultrasound (GSUS) with scores ranging from 0 to 3 and correlated the results with clinical, laboratory and radiographic data. Twenty-one patients (17 women and 4 men) with rheumatoid arthritis according to criteria of the American College of Rheumatology were enrolled in the study from September 2008 to July 2009 at Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). The average disease duration was 14 months. The patients were 66.6% Caucasians and 33.3% non-Caucasians, with a mean age of 42 and 41 years, respectively. A dorsal longitudinal scan was performed by ultrasound on the radiocarpal and midcarpal joints using GE LOGIQ XP-linear ultrasound and a high frequency (8-10 MHz) transducer. All patients were X-rayed, and the Larsen score was determined for the joints, with grades ranging from 0 to V. This study showed significant correlations between clinical, sonographic and laboratory data: GSUS and swollen right wrist (r = 0.546), GSUS of right wrist and swelling of left wrist (r = 0.511), PDUS of right wrist and pain in left wrist (r = 0.436), PDUS of right wrist and C-reactive protein (r = 0.466). Ultrasound can be considered a useful tool in the diagnosis of synovitis in early rheumatoid arthritis mainly when the anti-cyclic citrullinated peptide and rheumatoid factor are negative, and can lead to an early change in the therapeutic decision.

Pulsed ultrasound therapy accelerates the recovery of skeletal muscle damage induced by Bothrops jararacussu venom

We studied the effect of pulsed ultrasound therapy (UST) and antibothropic polyvalent antivenom (PAV) on the regeneration of mouse extensor digitorum longus muscle following damage by Bothrops jararacussu venom. Animals (Swiss male and female mice weighing 25.0 ± 5.0 g; 5 animals per group) received a perimuscular injection of venom (1 mg/kg) and treatment with UST was started 1 h later (1 min/day, 3 MHz, 0.3 W/cm², pulsed mode). Three and 28 days after injection, muscles were dissected and processed for light microscopy. The venom caused complete degeneration of muscle fibers. UST alone and combined with PAV (1.0 mL/kg) partially protected these fibers, whereas muscles receiving no treatment showed disorganized fascicules and fibers with reduced diameter. Treatment with UST and PAV decreased the effects of the venom on creatine kinase content and motor activity (approximately 75 and 48%, respectively). Sonication of the venom solution immediately before application decreased the in vivo and ex vivo myotoxic activities (approximately 60 and 50%, respectively). The present data show that UST counteracts some effects of B. jararacussu venom, causing structural and functional improvement of the regenerated muscle after venom injury.

Ultrasound method applied to characterize healthy femoral diaphysis of Wistar rats in vivo

A simple experimental protocol applying a quantitative ultrasound (QUS) pulse-echo technique was used to measure the acoustic parameters of healthy femoral diaphyses of Wistar rats in vivo. Five quantitative parameters [apparent integrated backscatter (AIB), frequency slope of apparent backscatter (FSAB), time slope of apparent backscatter (TSAB), integrated reflection coefficient (IRC), and frequency slope of integrated reflection (FSIR)] were calculated using the echoes from cortical and trabecular bone in the femurs of 14 Wistar rats. Signal acquisition was performed three times in each rat, with the ultrasound signal acquired along the femur's central region from three positions 1 mm apart from each other. The parameters estimated for the three positions were averaged to represent the femur diaphysis. The results showed that AIB, FSAB, TSAB, and IRC values were statistically similar, but the FSIR values from Experiments 1 and 3 were different. Furthermore, Pearson's correlation coefficient showed, in general, strong correlations among the parameters. The proposed protocol and calculated parameters demonstrated the potential to characterize the femur diaphysis of rats in vivo. The results are relevant because rats have a bone structure very similar to humans, and thus are an important step toward preclinical trials and subsequent application of QUS in humans.

The effect of irradiation and thermal process on beef heme iron concentration and color properties

The aim of this study was to evaluate the influence of irradiation and thermal process on the heme iron (heme-Fe) concentration and color properties of Brazilian cattle beef. Beef samples (patties and steaks) were irradiated at 0-10 kGy and cooked in a combination oven at 250 ºC for 9 minutes with 70% humidity. Total iron and heme iron (heme-Fe) concentrations were determined. The data were compared by multiple comparisons and fixed- effects ANOVA. Irradiation at doses higher than 5 kGy significantly altered the heme-Fe concentration. However, the sample preparation conditions interfered more in the heme-Fe content than did the irradiation. Depending on the animal species, meat heme iron levels between 35 and 52% of the total iron are used for dietetic calculations. In this study the percentage of heme-iron was, on average, 70% of the total iron showing that humidity is an important factor for its preservation. The samples were analyzed instrumentally for CIE L*, a*, and b* values.

Physicochemical and microbiological quality of raspberries (Rubus idaeus) treated with different doses of gamma irradiation

This study was conducted to evaluate the physicochemical and microbiological characteristics of raspberries exposed to different radiation doses. The fruits were harvested in the city of Campestre, MG, packed in polyethylene bags, and transported to the Federal University of Lavras (UFLA), where they were separated into 4 lots. Irradiation was performed at the Center for Development of Nuclear Technology in Belo Horizonte, MG. The doses used were 0 (control), 0.5, 1.0, and 2.0 kGy. After irradiation, the fruits were transported back to UFLA and stored at 1 ºC and 95% relative humidity (RH) for 12 days. The physicochemical analyses for mass loss, total soluble solids, titratable acidity, pH, total soluble sugars, total soluble pectin, firmness, vitamin C content, total antioxidant activity, and total phenolic, and the microbiological assays (coliform at 35 and 45 ºC, psychrotrophic and filamentous fungi and yeasts) were performed after 0, 3, 6, 9, and 12 days of storage. Lower loss of mass and filamentous fungi and yeast count were observed in the irradiated fruits, and 2 kGy was determined as the most effective dose for microbial control, but this irradiation dose also resulted in increased loss of fruit firmness.

Effect of ultrasound treatment on quality and microbial load of carrot juice

Effect of ultrasound treatment on carrot juice was investigated through measuring pH, electrical conductivity, viscosity, visual color, total soluble solids, total sugars, total carotenoids, ascorbic acid contents and microbial load. No significant effect (p>0.05) of ultrasound treatment on pH of carrot juice was observed. Electrical conductivity, viscosity and color values gradually increased (p<0.05) with treatment time increase. Total soluble solids, total sugars, total carotenoids and ascorbic acid contents of carrot juice were significantly improved (p<0.05) due to ultrasound treatment. Moreover, significant decrease (p<0.05) in microbial load of sonicated carrot juice was observed. Results from present study suggested that ultrasound treatment could improve quality and safety of carrot juice.

Bone properties and skeletal maturity in adolescent males, as assessed by quantitative ultrasound

ABSTRACT Background: Previous studies have implied that weight-bearing, intense and prolonged physical activities optimize bone accretion during the grow^ing years. The majority of past inquiries have used dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) to examine bone strength and hand-wrist radiography to determine skeletal maturity in children. Recently, quantitative ultrasound (QUS) technologies have been developed to examine bone properties and skeletal maturity in a safe, noninvasive and cost-effective manner. Objective: The purpose of this study was to compare bone properties and skeletal maturity in competitive male child and adolescent athletes with minimallyactive, age-matched controls, using QUS technology. >. Methods: In total, 224 males were included in the study. The 115 pre-pubertal boys aged 10-12 years consisted of control, minimally-active children (n=34), soccer players (n=26), gymnasts (n=25) and hockey players (n=30). In addition, the 109 late-pubertal boys aged 14-16 years consisted of control, minimally-active adolescents (n=31), soccer players (n=30), gymnasts (n=17) and hockey players (n=31). The athletic groups were elite level players that predominantly trained year-round. Physical activity, nutrition and sports participation were assessed with various questionnaires. Anthropometries, such as height, weight and relative body fat percentage (BF%) were assessed using standard measures. Skeletal strength and age were evaluated using bone QUS. Lastly, salivary testosterone (sT) concentration was measured using Radioimmunoassay (RIA). Results: Within each age group, there were no significant differences between the activity groups in age and pubertal stage. An age effect was apparent in all variables, as expected. A sport effect was noted in all physical characteristics: the child and adolescent gymnasts were shorter and lighter than other sports groups. Adiposity was greater in the controls and in the hockey players. All child subjects were pubertal stage (fanner) I or II, while adolescent subjects were pubertal stage IV or V. There were no differences in daily energy and mineral intakes between sports groups. In both age groups, gymnasts had a higher training volume than other athletic groups. Bone speed of sound (50s) was higher in adolescents compared with the children. Gymnasts had signifieantly higher radial 50S than controls, hockey and soccer players in both age cohorts. Hockey athletes also had higher radial 50S than controls and soccer players in the child and adolescent groups, respectiyely. Child gymnasts and soccer players had greater tibial 50S compared with the hockey players and control groups. Likewise, adolescent gymnasts and soccer players had higher tibial SoS compared with the control group. No interaction was apparent between age and type of activity in any of the bone measures. » Lastly, maturity as assessed by sT and secondary sex characteristics (Tanner stage) was not different between sports group within each age group. Despite the similarity in chronological age, androgen levels and sexual maturity, differences between activity groups were noted in skeletal maturity. In the younger group, hockey players had the highest bone age while the soccer players had the lowest bone age. In the adolescent group, gymnasts and hockey players were characterized by higher skeletal maturity compared with controls. An interaction between the age and sport type effects was apparent in skeletal maturity, reflecting the fact that among the children, the soccer players were significantly less mature than the rest of the groups, while in the adolescents, the controls were the least skeletally mature. Summary and Conclusions: In summary, radial and tibial SOS are enhanced by the unique loading pattern in each sport (i.e, upper and lower extremities in gymnastics, lower extremities in soccer), with no cumulative effect between childhood and adolescence. That is, the effect of sport participation on bone SOS was apparent already among the young athletes. Enhanced bone properties among athletes of specific sports suggest that participation in these sports can improve bone strength and potential bone health.

Mécanismes de déformation de nanoparticules d’Au par irradiation ionique

Résumé Dans la présente thèse, nous avons étudié la déformation anisotrope par bombardement ionique de nanoparticules d'or intégrées dans une matrice de silice amorphe ou d'arséniure d’aluminium cristallin. On s’est intéressé à la compréhension du mécanisme responsable de cette déformation pour lever toute ambigüité quant à l’explication de ce phénomène et pour avoir une interprétation consistante et unique. Un procédé hybride combinant la pulvérisation et le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma a été utilisé pour la fabrication de couches nanocomposites Au/SiO2 sur des substrats de silice fondue. Des structures à couches simples et multiples ont été obtenues. Le chauffage pendant ou après le dépôt active l’agglomération des atomes d’Au et par conséquent favorise la croissance des nanoparticules. Les nanocomposites Au/AlAs ont été obtenus par implantation ionique de couches d’AlAs suivie de recuit thermique rapide. Les échantillons des deux nanocomposites refroidis avec de l’azote liquide ont été irradiés avec des faisceaux de Cu, de Si, d’Au ou d’In d’énergie allant de 2 à 40 MeV, aux fluences s'étendant de 1×1013 à 4×1015 ions/cm2, en utilisant le Tandem ou le Tandetron. Les propriétés structurales et morphologiques du nanocomposite Au/SiO2 sont extraites en utilisant des techniques optiques car la fréquence et la largeur de la résonance plasmon de surface dépendent de la forme et de la taille des nanoparticules, de leur concentration et de la distance qui les séparent ainsi que des propriétés diélectriques du matériau dans lequel les particules sont intégrées. La cristallinité de l’arséniure d’aluminium est étudiée par deux techniques: spectroscopie Raman et spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford en mode canalisation (RBS/canalisation). La quantité d’Au dans les couches nanocomposites est déduite des résultats RBS. La distribution de taille et l’étude de la transformation de forme des nanoparticules métalliques dans les deux nanocomposites sont déterminées par microscopie électronique en transmission. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail ont fait l’objet de trois articles de revue. La première publication montre la possibilité de manipuler la position spectrale et la largeur de la bande d’absorption des nanoparticules d’or dans les nanocomposites Au/SiO2 en modifiant leur structure (forme, taille et distance entre particules). Les nanoparticules d’Au obtenues sont presque sphériques. La bande d’absorption plasmon de surface (PS) correspondante aux particules distantes est située à 520 nm. Lorsque la distance entre les particules est réduite, l’interaction dipolaire augmente ce qui élargit la bande de PS et la déplace vers le rouge (602 nm). Après irradiation ionique, les nanoparticules sphériques se transforment en ellipsoïdes alignés suivant la direction du faisceau. La bande d’absorption se divise en deux bandes : transversale et longitudinale. La bande correspondante au petit axe (transversale) est décalée vers le bleu et celle correspondante au grand axe (longitudinale) est décalée vers le rouge indiquant l’élongation des particules d’Au dans la direction du faisceau. Le deuxième article est consacré au rôle crucial de la déformation plastique de la matrice et à l’importance de la mobilité des atomes métalliques dans la déformation anisotrope des nanoparticules d’Au dans les nanocomposites Au/SiO2. Nos mesures montrent qu'une valeur seuil de 2 keV/nm (dans le pouvoir d'arrêt électronique) est nécessaire pour la déformation des nanoparticules d'or. Cette valeur est proche de celle requise pour la déformation de la silice. La mobilité des atomes d’Au lors du passage d’ions est confirmée par le calcul de la température dans les traces ioniques. Le troisième papier traite la tentative de formation et de déformation des nanoparticules d’Au dans une matrice d’arséniure d’aluminium cristallin connue pour sa haute résistance à l’amorphisation et à la déformation sous bombardement ionique. Le résultat principal de ce dernier article confirme le rôle essentiel de la matrice. Il s'avère que la déformation anisotrope du matériau environnant est indispensable pour la déformation des nanoparticules d’or. Les résultats expérimentaux mentionnés ci-haut et les calculs de températures dans les traces ioniques nous ont permis de proposer le scénario de déformation anisotrope des nanoparticules d’Au dans le nanocomposite Au/SiO2 suivant: - Chaque ion traversant la silice fait fondre brièvement un cylindre étroit autour de sa trajectoire formant ainsi une trace latente. Ceci a été confirmé par la valeur seuil du pouvoir d’arrêt électronique. - L’effet cumulatif des impacts de plusieurs ions conduit à la croissance anisotrope de la silice qui se contracte dans la direction du faisceau et s’allonge dans la direction perpendiculaire. Le modèle de chevauchement des traces ioniques (overlap en anglais) a été utilisé pour valider ce phénomène. - La déformation de la silice génère des contraintes qui agissent sur les nanoparticules dans les plans perpendiculaires à la trajectoire de l’ion. Afin d’accommoder ces contraintes les nanoparticules d’Au se déforment dans la direction du faisceau. - La déformation de l’or se produit lorsqu’il est traversé par un ion induisant la fusion d’un cylindre autour de sa trajectoire. La mobilité des atomes d’or a été confirmée par le calcul de la température équivalente à l’énergie déposée dans le matériau par les ions incidents. Le scénario ci-haut est compatible avec nos données expérimentales obtenues dans le cas du nanocomposite Au/SiO2. Il est appuyé par le fait que les nanoparticules d’Au ne se déforment pas lorsqu’elles sont intégrées dans l’AlAs résistant à la déformation.

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).

Characterization of Carotid Plaques with Ultrasound Non-Invasive Vascular Elastography (NIVE) : Feasibility and Correlation with High-Resolution Magnetic Resonance Imaging

L’accident vasculaire cérébral (AVC) est une cause principale de décès et de morbidité dans le monde; une bonne partie des AVC est causée par la plaque d’athérosclérose carotidienne. La prévention de l’AVC chez les patients ayant une plaque carotidienne demeure controversée, vu les risques et bénéfices ambigus associés au traitement chirurgical ou médical. Plusieurs méthodes d’imagerie ont été développées afin d’étudier la plaque vulnérable (dont le risque est élevé), mais aucune n’est suffisamment validée ou accessible pour permettre une utilisation comme outil de dépistage. L’élastographie non-invasive vasculaire (NIVE) est une technique nouvelle qui cartographie les déformations (élasticité) de la plaque afin de détecter les plaque vulnérables; cette technique n’est pas encore validée cliniquement. Le but de ce projet est d’évaluer la capacité de NIVE de caractériser la composition de la plaque et sa vulnérabilité in vivo chez des patients ayant des plaques sévères carotidiennes, en utilisant comme étalon de référence, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) à haute-résolution. Afin de poursuivre cette étude, une connaissance accrue de l’AVC, l’athérosclérose, la plaque vulnérable, ainsi que des techniques actuelles d’imagerie de la plaque carotidienne, est requise. Trente-et-un sujets ont été examinés par NIVE par ultrasonographie et IRM à haute-résolution. Sur 31 plaques, 9 étaient symptomatiques, 17 contenaient des lipides, et 7 étaient vulnérables selon l’IRM. Les déformations étaient significativement plus petites chez les plaques contenant des lipides, avec une sensibilité élevée et une spécificité modérée. Une association quadratique entre la déformation et la quantité de lipide a été trouvée. Les déformations ne pouvaient pas distinguer les plaques vulnérables ou symptomatiques. En conclusion, NIVE par ultrasonographie est faisable chez des patients ayant des sténoses carotidiennes significatives et peut détecter la présence d’un coeur lipidique. Des études supplémentaires de progression de la plaque avec NIVE sont requises afin d’identifier les plaques vulnérables.