Étude des artefacts en tomodensitométrie par simulation Monte Carlo

En radiothérapie, la tomodensitométrie (CT) fournit l’information anatomique du patient utile au calcul de dose durant la planification de traitement. Afin de considérer la composition hétérogène des tissus, des techniques de calcul telles que la méthode Monte Carlo sont nécessaires pour calculer la dose de manière exacte. L’importation des images CT dans un tel calcul exige que chaque voxel exprimé en unité Hounsfield (HU) soit converti en une valeur physique telle que la densité électronique (ED). Cette conversion est habituellement effectuée à l’aide d’une courbe d’étalonnage HU-ED. Une anomalie ou artefact qui apparaît dans une image CT avant l’étalonnage est susceptible d’assigner un mauvais tissu à un voxel. Ces erreurs peuvent causer une perte cruciale de fiabilité du calcul de dose. Ce travail vise à attribuer une valeur exacte aux voxels d’images CT afin d’assurer la fiabilité des calculs de dose durant la planification de traitement en radiothérapie. Pour y parvenir, une étude est réalisée sur les artefacts qui sont reproduits par simulation Monte Carlo. Pour réduire le temps de calcul, les simulations sont parallélisées et transposées sur un superordinateur. Une étude de sensibilité des nombres HU en présence d’artefacts est ensuite réalisée par une analyse statistique des histogrammes. À l’origine de nombreux artefacts, le durcissement de faisceau est étudié davantage. Une revue sur l’état de l’art en matière de correction du durcissement de faisceau est présentée suivi d’une démonstration explicite d’une correction empirique.

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.

Segmentation du rein fonctionnel à partir de CTdouble énergie injectés

Les néphropaties (maladie des tissus rénaux) postradiques constituent l'un des facteurs limitants pour l'élaboration des plans de traitement lors des radiothérapies abdominales. Le processus actuel, qui consiste à évaluer la fonctionnalité relative des reins grâce à une scintigraphie gamma deux dimensions, ne permet pas d'identifier les portions fonctionnelles qui pourraient être évitées lors de l' élaboration des plans de traitement. Une méthode permettant de cartographier la fonctionnalité rénale en trois dimensions et d'extraire un contour fonctionnel utilisable lors de la planification a été développée à partir de CT double énergie injectés à l'iode. La concentration en produit de contraste est considérée reliée à la fonctionnalité rénale. La technique utilisée repose sur la décomposition à trois matériaux permettant de reconstruire des images en concentration d'iode. Un algorithme de segmentation semi-automatisé basé sur la déformation hiérarchique et anamorphique de surfaces permet ensuite d'extraire le contour fonctionnel des reins. Les premiers résultats obtenus avec des images patient démontrent qu'une utilisation en clinique est envisageable et pourra être bénéfique.

Planification de traitements de curiethérapie du sein à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique

Ce mémoire présente l’étude de la faisabilité de la planification de traitements pour la curiethérapie interstitielle du sein en utilisant l’imagerie par résonance magnétique (IRM) seule au lieu de l’imagerie par tomodensitométrie (CT). L'imagerie CT étant la référence, la mesure des différences observables sur la distribution de doses provenant des deux types d’imagerie a été effectuée. Des fantômes de seins ont été fabriqués et utilisés, ainsi que l’imagerie de patients. La taille des fantômes en fonction du positionnement dans l’appareil d’IRM et la longueur reconstruite des cathéters ont été analysées. Les différences dans les distributions de doses de fantômes et de patients ont été calculées en s’assurant que la reconstruction des cathéters provenant des images CT et IRM est la seule variable. La différence dans les critères de doses à respecter est plus grande lorsque la taille du fantôme et/ou un déplacement latéral dans l’IRM sont plus grands. La longueur reconstruite des cathéters est comparable entre les deux techniques d’imagerie. Pour le petit fantôme des différences <2% ont été observées pour tous les critères de dose. Pour le grand fantôme et pour les patients, une valeur maximale de 5% est observée pour les critères sur la cible, mais peut atteindre 19% pour le critère Externe V150%/V100% pour le grand fantôme et 33% pour les patients. Par contre, le seuil clinique de ce critére est toujours respecté. Ceci nous indique que pour la plupart des patients, la zone à traiter serait bien couverte en utilisant les images IRM uniquement pour planifier.

Réduction des artéfacts de tuteur coronarien au moyen d’un algorithme de reconstruction avec renforcement des bords : étude prospective transversale en tomodensitométrie 256 coupes

Les artéfacts métalliques entraînent un épaississement artéfactuel de la paroi des tuteurs en tomodensitométrie (TDM) avec réduction apparente de leur lumière. Cette étude transversale prospective, devis mesures répétées et observateurs avec méthode en aveugle, chez 24 patients consécutifs/71 tuteurs coronariens a pour objectif de comparer l’épaisseur de paroi des tuteurs en TDM après reconstruction par un algorithme avec renforcement des bords et un algorithme standard. Une angiographie coronarienne par TDM 256 coupes a été réalisée, avec reconstruction par algorithmes avec renforcement des bords et standard. L’épaisseur de paroi des tuteurs était mesurée par méthodes orthogonale (diamètres) et circonférentielle (circonférences). La qualité d’image des tuteurs était évaluée par échelle ordinale, et les données analysées par modèles linéaire mixte et régression logistique des cotes proportionnelles. L’épaisseur de paroi des tuteurs était inférieure avec l’algorithme avec renforcement des bords comparé à l’algorithme standard, avec les méthodes orthogonale (0,97±0,02 vs 1,09±0,03 mm, respectivement; p<0,001) et circonférentielle (1,13±0,02 vs 1,21±0,02 mm, respectivement; p<0,001). Le premier causait moins de surestimation par rapport à l’épaisseur nominale comparé au second, avec méthodes orthogonale (0,89±0,19 vs 1,00±0,26 mm, respectivement; p<0,001) et circonférentielle (1,06±0,26 vs 1,13±0,31 mm, respectivement; p=0,005) et diminuait de 6 % la surestimation. Les scores de qualité étaient meilleurs avec l’algorithme avec renforcement des bords (OR 3,71; IC 95% 2,33–5,92; p<0,001). En conclusion, la reconstruction des images avec l’algorithme avec renforcement des bords génère des parois de tuteurs plus minces, moins de surestimation, et de meilleurs scores de qualité d’image que l’algorithme standard.

Alignment by Maximization of Mutual Information

A new information-theoretic approach is presented for finding the pose of an object in an image. The technique does not require information about the surface properties of the object, besides its shape, and is robust with respect to variations of illumination. In our derivation, few assumptions are made about the nature of the imaging process. As a result the algorithms are quite general and can foreseeably be used in a wide variety of imaging situations. Experiments are presented that demonstrate the approach registering magnetic resonance (MR) images with computed tomography (CT) images, aligning a complex 3D object model to real scenes including clutter and occlusion, tracking a human head in a video sequence and aligning a view-based 2D object model to real images. The method is based on a formulation of the mutual information between the model and the image called EMMA. As applied here the technique is intensity-based, rather than feature-based. It works well in domains where edge or gradient-magnitude based methods have difficulty, yet it is more robust than traditional correlation. Additionally, it has an efficient implementation that is based on stochastic approximation. Finally, we will describe a number of additional real-world applications that can be solved efficiently and reliably using EMMA. EMMA can be used in machine learning to find maximally informative projections of high-dimensional data. EMMA can also be used to detect and correct corruption in magnetic resonance images (MRI).

Angiorresonancia versus angiografía por sustracción digital en el seguimiento de aneurismas intracraneales embolizados. Comparación del desempeño diagnóstico

Introducción: La DSA es el método de elección para el seguimiento de pacientes con aneurismas intracraneales embolizados; esta se puede asociar a complicaciones incapacitantes o mortales. La MRA se ha propuesto como método alternativo por menor costo y menos morbi-mortalidad, aunque su desempeño diagnóstico permanece en discusión debido al desarrollo de nuevos protocolos, resonadores más potentes y nuevas aplicaciones de la DSA. Metodología: Exploramos la literatura hasta la actualidad y comparamos el desempeño diagnóstico de la MRA con la DSA para detectar flujo residual posterior a la embolización terapéutica de aneurismas intracraneales. Realizamos una revisión sistemática de la literatura y meta-análisis basados en 34 artículos detectados en la búsqueda que incluyó las bases de datos PubMed, Scopus, ScIELO y BVS. Resultados: La TOF-MRA demostró sensibilidad de 86.8% (84.3%-89.1%) y especificidad de 91.2% (89%-93.1%); la SROC para TOF-MRA demostró un AUC de 0.95. El desempeño de la CE-MRA demostró sensibilidad de 88.1% (84.6%-91.1%) y especificidad de 89.1% (85.7%-91.9%); la SROC presentó una AUC de 0.93. El análisis estratificado por potencia del resonador encontró que la TOF-MRA tiene mejor desempeño con el resonador de 3T, aunque no es estadísticamente significativo. La concordancia interobservador con TOF-MRA y CE-MRA fue moderada a muy buena. Discusión: El desempeño diagnóstico de la MRA en el seguimiento de aneurismas intracraneales embolizados demostró ser bueno, con sensibilidad mayor a 84%, siendo ligeramente mejor con TOF-MRA, sin lograr reemplazar la DSA. Sin embargo, los resultados deben ser evaluados con precaución por la heterogeneidad de los resultados de los estudios incluidos. (Abreviaturas: DSA: Angiografía por Sustracción Digital; MRA: Angiografía por Resonancia Magnética; TOF-MRA: Angiorresonancia por Tiempo de Vuelo; CE-MRA: Angiorresonancia contrastada).

Verification of computed tomographic estimates of cochlear implant array position: A micro-CT and histological analysis

We examine the efficacy two volume spatial registration of pre and postoperative clinical computed tomography (CT) imaging to verify post-operative electrode array placement in cochlear implant (CI) patients. To measure the degree of accuracy with which the composite image predicts in-vivo placement of the array, we replicate the CI surgical process in cadaver heads. Pre-operative, post-operative, micro CT imaging and histology are utilized for verification.

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.

3-D volume rendering maxillofacial analysis of angular measurements by multislice CT

Objective. This study was designed to determine the precision and accuracy of angular measurements using three-dimensional computed tomography (3D-CT) volume rendering by computer systems. Study design. The study population consisted of 28 dried skulls that were scanned with a 64-row multislice CT, and 3D-CT images were generated. Angular measurements, (n = 6) based upon conventional craniometric anatomical landmarks (n = 9), were identified independently in 3D-CT images by 2 radiologists, twice each, and were then performed by 3D-CT imaging. Subsequently, physical measurements were made by a third examiner using a Beyond Crysta-C9168 series 900 device. Results. The results demonstrated no statistically significant difference between interexaminer and intraexaminer analysis. The mean difference between the physical and 3-D-based angular measurements was -1.18% and -0.89%, respectively, for both examiners, demonstrating high accuracy. Conclusion. Maxillofacial analysis of angular measurements using 3D-CT volume rendering by 64-row multislice CT is established and can be used for orthodontic and dentofacial orthopedic applications.

Osteocondromatose múltipla hereditária com envolvimento costal

This is a case report on Hereditary Multiple Osteochondromatosis (HMO) with rib involvement. The authors present aspects of thoracic surface anatomy, and thoracic images (X-rays, computed tomography, magnetic nuclear resonance), as well as the operating procedure.

Aspectos tomográficos da coluna cervical de equinos

Descreveu-se a anatomia da região cervical de equinos adultos, com base em imagens obtidas no exame de tomografia computadorizada helicoidal realizado em peças anatômicas de equinos adultos. A tomografia computadorizada foi o método de imagem diagnóstica de escolha e possibilita as reconstruções de imagens tridimensionais e em outros planos anatômicos, como sagital e coronal. Todas as imagens foram adquiridas e avaliadas em filtro e janela para tecido ósseo. Observaram-se diferenças anatômicas e as particularidades normais das vértebras, principalmente da região occipitoatlantoaxial, a qual apresenta maior incidência de alterações.

Comportamento da sutura palatina mediana em crianças submetidas à expansão rápida da maxila: avaliação mediante imagem de tomografia computadorizada

OBJETIVO: o presente estudo, de caráter prospectivo, objetivou avaliar a imagem da sutura palatina mediana em crianças submetidas à expansão rápida da maxila por meio de tomografia computadorizada, após a fase de contenção. METODOLOGIA: a amostra constou de 17 crianças de ambos os gêneros, na faixa etária compreendida entre 5 anos e 2 meses e 10 anos e 5 meses no início do tratamento, provenientes da Clínica de Ortodontia Interceptiva da Sociedade de Promoção Social do Fissurado Lábio-Palatal da Universidade de São Paulo (PROFIS-USP), Bauru/SP. Tomografias computadorizadas foram implementadas para avaliar o comportamento da sutura palatina mediana em diferentes momentos do tratamento. RESULTADOS E CONCLUSÕES: constatou-se que, após um período médio de 8 a 9 meses de contenção com o aparelho expansor, a sutura palatina mediana mostrou-se completamente ossificada, desde a região da espinha nasal anterior até a espinha nasal posterior. Tal informação esclarece o comportamento da sutura palatina mediana frente à expansão rápida da maxila e reitera o senso comum quanto ao caráter biológico do procedimento.

Synchrotron microComputed tomography of the mature bovine dentinoenamel junction

The mature dentinoenamel junction (DEJ) is viewed by some investigators and the current authors, not as a fossilized, sharp transition between enamel and dentin, but as a relatively broad structural transition zone including the mantle dentin and the inner aprismatic enamel. In this study, the DEJ structure in bovine incisors was studied with synchrotron microComputed Tomography (microCT) using small cubes cut parallel to the tooth surface. The reconstructions revealed a zone of highly variable punctate contrast between bulk dentin and enamel; the mean linear attenuation coefficients and their standard deviations demonstrated that this zone averaged less mineral than dentin or enamel but had more highly variable structure than either. The region with the punctuate contrast is, therefore, the mantle dentin. The thickness of the mantle dentin seen in a typical data set was about 30 mu m, and the mantle dentin-enamel interface deviated +/- 15 mu m from the average plane over a distance of 520 mu m. In the highest resolution data (similar to 1.5 mu m isotropic voxels, volume elements), tubules in the dentin could be discerned in the vicinity of the DEJ. Contrast sensitivity was high enough to detect differences in mineral content between near-surface and near-DEJ volumes of the enamel. Reconstructions before and after two cubes were compressed to failure revealed cracks formed only in the enamel and did not propagate across the mantle dentin, regardless of whether loading was parallel to or perpendicular to the DEJ. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Histological and three-dimensional evaluation of osseointegration to nanostructured calcium phosphate-coated implants

Nanostructures on implant surfaces have been shown to enhance osseointegration; however, commonly used evaluation techniques are probably not sufficiently sensitive to fully determine the effects of this process. This study aimed to observe the osseointegration properties of nanostructured calcium phosphate (CaP)-coated implants, by using a combination of three-dimensional imaging and conventional histology. Titanium implants were coated with stable CaP nanoparticles using an immersion technique followed by heat treatment. Uncoated implants were used as the control. After topographical and chemical characterizations, implants were inserted into the rabbit femur. After 2 and 4 weeks, the samples were retrieved for micro-computed tomography and histomorphometric evaluation. Scanning electron microscopy evaluation indicated that the implant surface was modified at the nanoscale by CaP to obtain surface textured with rod-shaped structures. Relative to the control, the bone-to-implant contact for the CaP-coated implant was significantly higher at 4 weeks after the implant surgery. Further, corresponding 3-D images showed active bone formation surrounding the implant. 3-D quantification and 2-D histology demonstrated statistical correlation; moreover, 3-D quantification indicated a statistical decrease in bone density in the non-coated control implant group between 2 and 4 weeks after the surgery. The application of 3-D evaluation further clarified the temporal characteristics and biological reaction of implants in bone. (C) 2011 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.