Impact of navigator timing on free-breathing submillimeter 3D coronary magnetic resonance angiography.

The purpose of this study was to investigate the impact of navigator timing on image quality in navigator-gated and real-time motion-corrected, free-breathing, three-dimensional (3D) coronary MR angiography (MRA) with submillimeter spatial image resolution. Both phantom and in vivo investigations were performed. 3D coronary MRA with real-time navigator technology was applied using variable navigator time delays (time delay between the navigator and imaging sequences) and varying spatial resolutions. Quantitative objective and subjective image quality parameters were assessed. For high-resolution imaging, reduced image quality was found as a function of increasing navigator time delay. Lower spatial resolution coronary MRA showed only minor sensitivity to navigator timing. These findings were consistent among volunteers and phantom experiments. In conclusion, for submillimeter navigator-gated and real-time motion-corrected 3D coronary MRA, shortening the time delay between the navigator and the imaging portion of the sequence becomes increasingly important for improved spatial resolution.

Quantitative analysis of crystal/grain sizes and their distributions in 2D and 3D

We review methods to estimate the average crystal (grain) size and the crystal (grain) size distribution in solid rocks. Average grain sizes often provide the base for stress estimates or rheological calculations requiring the quantification of grain sizes in a rock's microstructure. The primary data for grain size data are either 1D (i.e. line intercept methods), 2D (area analysis) or 3D (e.g., computed tomography, serial sectioning). These data have been used for different data treatments over the years, whereas several studies assume a certain probability function (e.g., logarithm, square root) to calculate statistical parameters as the mean, median, mode or the skewness of a crystal size distribution. The finally calculated average grain sizes have to be compatible between the different grain size estimation approaches in order to be properly applied, for example, in paleo-piezometers or grain size sensitive flow laws. Such compatibility is tested for different data treatments using one- and two-dimensional measurements. We propose an empirical conversion matrix for different datasets. These conversion factors provide the option to make different datasets compatible with each other, although the primary calculations were obtained in different ways. In order to present an average grain size, we propose to use the area-weighted and volume-weighted mean in the case of unimodal grain size distributions, respectively, for 2D and 3D measurements. The shape of the crystal size distribution is important for studies of nucleation and growth of minerals. The shape of the crystal size distribution of garnet populations is compared between different 2D and 3D measurements, which are serial sectioning and computed tomography. The comparison of different direct measured 3D data; stereological data and direct presented 20 data show the problems of the quality of the smallest grain sizes and the overestimation of small grain sizes in stereological tools, depending on the type of CSD. (C) 2011 Published by Elsevier Ltd.

Dorsal fractures of the Triquetrum : MRI findings with an emphasis on dorsal carpal ligament injuries

Contexte et but de l'étude: Les fractures du triquetrum sont les deuxièmes fractures des os du carpe en fréquence, après celles du scaphoïde. Elles représentent environ 3.5% de toutes les lésions traumatiques du poignet, et résultent le plus souvent d'une chute de sa hauteur avec réception sur le poignet en hyper-extension. Leur mécanisme physiopathologique reste débattu. La première théorie fut celle de l'avulsion ligamentaire d'un fragment osseux dorsal. Puis, Levy et coll. ainsi que Garcia-Elias ont successivement suggéré que ces fractures résultaient plutôt d'une impaction ulno-carpienne. De nombreux ligaments (intrinsèques et extrinsèques du carpe) s'insèrent sur les versants palmaires et dorsaux du triquetrum. Ces ligaments jouent un rôle essentiel dans le maintien de la stabilité du carpe. Bien que l'arthro-IRM du poignet soit l'examen de référence pour évaluer ces ligaments, Shahabpour et coll. ont récemment démontré leur visibilité en IRM tridimensionnelle (volumique) après injection iv. de produit de contraste (Gadolinium). L'atteinte ligamentaire associée aux fractures dorsales du triquetrum n'a jusqu'à présent jamais été évalué. Ces lésions pourraient avoir un impact sur l'évolution et la prise en charge de ces fractures. Les objectifs de l'étude étaient donc les suivants: premièrement, déterminer l'ensemble des caractéristiques des fractures dorsales du triquetrum en IRM, en mettant l'accent sur les lésions ligamentaires extrinsèques associées; secondairement, discuter les différents mécanismes physiopathologiques (i.e. avulsion ligamentaire ou impaction ulno-carpienne) de ces fractures d'après nos résultats en IRM. Patients et méthodes: Ceci est une étude rétrospective multicentrique (CHUV, Lausanne; Hôpital Cochin, AP-HP, Paris) d'examens IRM et radiographies conventionnelles du poignet. A partir de janvier 2008, nous avons recherché dans les bases de données institutionnelles les patients présentant une fracture du triquetrum et ayant bénéficié d'une IRM volumique du poignet dans un délai de six semaines entre le traumatisme et l'IRM. Les examens IRM ont été effectués sur deux machines à haut champ magnétique (3 Tesla) avec une antenne dédiée et un protocole d'acquisition incluant une séquence tridimensionnelle isotropique (« 3D VIBE ») après injection iv. de produit de contraste (Gadolinium). Ces examens ont été analysés par deux radiologues ostéo-articulaires expérimentés. Les mesures ont été effectuées par un troisième radiologue ostéo-articulaire. En ce qui concerne l'analyse qualitative, le type de fracture du triquetrum (selon la classification de Garcia-Elias), la distribution de l'oedème osseux post- traumatique, ainsi que le nombre et la distribution des lésions ligamentaires extrinsèques associées ont été évalués. Pour l'analyse quantitative, l'index du processus de la styloïde ulnaire (selon la formule de Garcia-Elias), le volume du fragment osseux détaché du triquetrum, et la distance séparant ce fragment osseux du triquetrum ont été mesurés.

"Soap-Bubble" visualization and quantitative analysis of 3D coronary magnetic resonance angiograms.

In order to compare coronary magnetic resonance angiography (MRA) data obtained with different scanning methodologies, adequate visualization and presentation of the coronary MRA data need to be ensured. Furthermore, an objective quantitative comparison between images acquired with different scanning methods is desirable. To address this need, a software tool ("Soap-Bubble") that facilitates visualization and quantitative comparison of 3D volume targeted coronary MRA data was developed. In the present implementation, the user interactively specifies a curved subvolume (enclosed in the 3D coronary MRA data set) that closely encompasses the coronary arterial segments. With a 3D Delaunay triangulation and a parallel projection, this enables the simultaneous display of multiple coronary segments in one 2D representation. For objective quantitative analysis, frequently explored quantitative parameters such as signal-to-noise ratio (SNR); contrast-to-noise ratio (CNR); and vessel length, sharpness, and diameter can be assessed. The present tool supports visualization and objective, quantitative comparisons of coronary MRA data obtained with different scanning methods. The first results obtained in healthy adults and in patients with coronary artery disease are presented.

Analysis of the esophagogastric junction using the 3D high resolution manometry

Contexte & Objectifs : La manométrie perfusée conventionnelle et la manométrie haute résolution (HRM) ont permis le développement d’une variété de paramètres pour mieux comprendre la motilité de l'œsophage et quantifier les caractéristiques de la jonction œsophago-gastrique (JOG). Cependant, l'anatomie de la JOG est complexe et les enregistrements de manométrie détectent à la fois la pression des structures intrinsèques et des structures extrinsèques à l'œsophage. Ces différents composants ont des rôles distincts au niveau de la JOG. Les pressions dominantes ainsi détectées au niveau de la JOG sont attribuables au sphincter œsophagien inférieur (SOI) et aux piliers du diaphragme (CD), mais aucune des technologies manométriques actuelles n’est capable de distinguer ces différents composants de la JOG. Lorsqu’on analyse les caractéristiques de la JOG au repos, celle ci se comporte avant tout comme une barrière antireflux. Les paramètres manométriques les plus couramment utilisés dans ce but sont la longueur de la JOG et le point d’inversion respiratoire (RIP), défini comme le lieu où le pic de la courbe de pression inspiratoire change de positif (dans l’abdomen) à négatif (dans le thorax), lors de la classique manœuvre de « pull-through ». Cependant, l'importance de ces mesures reste marginale comme en témoigne une récente prise de position de l’American Gastroenterology Association Institute (AGAI) (1) qui concluait que « le rôle actuel de la manométrie dans le reflux gastro-œsophagien (RGO) est d'exclure les troubles moteurs comme cause des symptômes présentés par la patient ». Lors de la déglutition, la mesure objective de la relaxation de la JOG est la pression de relaxation intégrée (IRP), qui permet de faire la distinction entre une relaxation normale et une relaxation anormale de la JOG. Toutefois, puisque la HRM utilise des pressions moyennes à chaque niveau de capteurs, certaines études de manométrie laissent suggérer qu’il existe une zone de haute pression persistante au niveau de la JOG même si un transit est mis en évidence en vidéofluoroscopie. Récemment, la manométrie haute résolution « 3D » (3D-HRM) a été développée (Given Imaging, Duluth, GA) avec le potentiel de simplifier l'évaluation de la morphologie et de la physiologie de la JOG. Le segment « 3D » de ce cathéter de HRM permet l'enregistrement de la pression à la fois de façon axiale et radiale tout en maintenant une position fixe de la sonde, et évitant ainsi la manœuvre de « pull-through ». Par conséquent, la 3D-HRM devrait permettre la mesure de paramètres importants de la JOG tels que sa longueur et le RIP. Les données extraites de l'enregistrement fait par 3D-HRM permettraient également de différencier les signaux de pression attribuables au SOI des éléments qui l’entourent. De plus, l’enregistrement des pressions de façon radiaire permettrait d’enregistrer la pression minimale de chaque niveau de capteurs et devrait corriger cette zone de haute pression parfois persistante lors la déglutition. Ainsi, les objectifs de ce travail étaient: 1) de décrire la morphologie de la JOG au repos en tant que barrière antireflux, en comparant les mesures effectuées avec la 3D-HRM en temps réel, par rapport à celle simulées lors d’une manœuvre de « pull-through » et de déterminer quelles sont les signatures des pressions attribuables au SOI et au diaphragme; 2) d’évaluer la relaxation de la JOG pendant la déglutition en testant l'hypothèse selon laquelle la 3D-HRM permet le développement d’un nouveau paradigme (appelé « 3D eSleeve ») pour le calcul de l’IRP, fondé sur l’utilisation de la pression radiale minimale à chaque niveau de capteur de pression le long de la JOG. Ce nouveau paradigme sera comparé à une étude de transit en vidéofluoroscopie pour évaluer le gradient de pression à travers la JOG. Méthodes : Nous avons utilisé un cathéter 3D-HRM, qui incorpore un segment dit « 3D » de 9 cm au sein d’un cathéter HRM par ailleurs standard. Le segment 3D est composé de 12 niveaux (espacés de 7.5mm) de 8 capteurs de pression disposés radialement, soit un total de 96 capteurs. Neuf volontaires ont été étudiés au repos, où des enregistrements ont été effectués en temps réel et pendant une manœuvre de « pull-through » du segment 3D (mobilisation successive du cathéter de 5 mm, pour que le segment 3D se déplace le long de la JOG). Les mesures de la longueur du SOI et la détermination du RIP ont été réalisées. La longueur de la JOG a été mesurée lors du « pull-through » en utilisant 4 capteurs du segment 3D dispersés radialement et les marges de la JOG ont été définies par une augmentation de la pression de 2 mmHg par rapport à la pression gastrique ou de l’œsophage. Pour le calcul en temps réel, les limites distale et proximale de la JOG ont été définies par une augmentation de pression circonférentielle de 2 mmHg par rapport à la pression de l'estomac. Le RIP a été déterminée, A) dans le mode de tracé conventionnel avec la méthode du « pull-through » [le RIP est la valeur moyenne de 4 mesures] et B) en position fixe, dans le mode de représentation topographique de la pression de l’œsophage, en utilisant l’outil logiciel pour déterminer le point d'inversion de la pression (PIP). Pour l'étude de la relaxation de la JOG lors de la déglutition, 25 volontaires ont été étudiés et ont subi 3 études de manométrie (10 déglutitions de 5ml d’eau) en position couchée avec un cathéter HRM standard et un cathéter 3D-HRM. Avec la 3D-HRM, l’analyse a été effectuée une fois avec le segment 3D et une fois avec une partie non 3D du cathéter (capteurs standard de HRM). Ainsi, pour chaque individu, l'IRP a été calculée de quatre façons: 1) avec la méthode conventionnelle en utilisant le cathéter HRM standard, 2) avec la méthode conventionnelle en utilisant le segment standard du cathéter 3D-HRM, 3) avec la méthode conventionnelle en utilisant le segment « 3D » du cathéter 3D-HRM, et 4) avec le nouveau paradigme (3D eSleeve) qui recueille la pression minimale de chaque niveau de capteurs (segment 3D). Quatorze autres sujets ont subi une vidéofluoroscopie simultanée à l’étude de manométrie avec le cathéter 3D-HRM. Les données de pression ont été exportés vers MATLAB ™ et quatre pressions ont été mesurées simultanément : 1) la pression du corps de l’œsophage, 2cm au-dessus de la JOG, 2) la pression intragastrique, 3) la pression radiale moyenne de la JOG (pression du eSleeve) et 4) la pression de la JOG en utilisant la pression minimale de chaque niveau de capteurs (pression du 3D eSleeve). Ces données ont permis de déterminer le temps permissif d'écoulement du bolus (FPT), caractérisé par la période au cours de laquelle un gradient de pression existe à travers la JOG (pression œsophagienne > pression de relaxation de la JOG > pression gastrique). La présence ou l'absence du bolus en vidéofluoroscopie et le FPT ont été codés avec des valeurs dichotomiques pour chaque période de 0,1 s. Nous avons alors calculé la sensibilité et la spécificité correspondant à la valeur du FPT pour la pression du eSleeve et pour la pression du 3D eSleeve, avec la vidéofluoroscopie pour référence. Résultats : Les enregistrements avec la 3D-HRM laissent suggérer que la longueur du sphincter évaluée avec la méthode du « pull-through » était grandement exagéré en incorporant dans la mesure du SOI les signaux de pression extrinsèques à l’œsophage, asymétriques et attribuables aux piliers du diaphragme et aux structures vasculaires. L’enregistrement en temps réel a permis de constater que les principaux constituants de la pression de la JOG au repos étaient attribuables au diaphragme. L’IRP calculé avec le nouveau paradigme 3D eSleeve était significativement inférieur à tous les autres calculs d'IRP avec une limite supérieure de la normale de 12 mmHg contre 17 mmHg pour l’IRP calculé avec la HRM standard. La sensibilité (0,78) et la spécificité (0,88) du 3D eSleeve étaient meilleurs que le eSleeve standard (0,55 et 0,85 respectivement) pour prédire le FPT par rapport à la vidéofluoroscopie. Discussion et conclusion : Nos observations suggèrent que la 3D-HRM permet l'enregistrement en temps réel des attributs de la JOG, facilitant l'analyse des constituants responsables de sa fonction au repos en tant que barrière antireflux. La résolution spatiale axiale et radiale du segment « 3D » pourrait permettre de poursuivre cette étude pour quantifier les signaux de pression de la JOG attribuable au SOI et aux structures extrinsèques (diaphragme et artéfacts vasculaires). Ces attributs du cathéter 3D-HRM suggèrent qu'il s'agit d'un nouvel outil prometteur pour l'étude de la physiopathologie du RGO. Au cours de la déglutition, nous avons évalué la faisabilité d’améliorer la mesure de l’IRP en utilisant ce nouveau cathéter de manométrie 3D avec un nouveau paradigme (3D eSleeve) basé sur l’utilisation de la pression radiale minimale à chaque niveau de capteurs de pression. Nos résultats suggèrent que cette approche est plus précise que celle de la manométrie haute résolution standard. La 3D-HRM devrait certainement améliorer la précision des mesures de relaxation de la JOG et cela devrait avoir un impact sur la recherche pour modéliser la JOG au cours de la déglutition et dans le RGO.

Quantitative comparison between the use of 3D vs 2D visualization tools to present building design proposals to non-spatial skilled end users

Information technology in construction (ITC) has been gaining wide acceptance and is being implemented in the construction research domains as a tool to assist decision makers. Most of the research into visualization technologies (VT) has been on the wide range of 3D and simulation applications suitable for construction processes. Despite its development with interoperability and standardization of products, VT usage has remained very low when it comes to communicating and addressing the needs of building end-users (BEU). This paper argues that building end users are a source of experience and expertise that can be brought into the briefing stage for the evaluation of design proposals. It also suggests that the end user is a source of new ideas promoting innovation. In this research a positivistic methodology that includes the comparison of 3D models and the traditional 2D methods is proposed. It will help to identify "how much", if anything, a non-spatial specialist can gain in terms Of "understanding" of a particular design proposal presented, using both methods.

Brain atrophy in pure and complicated hereditary spastic paraparesis: a quantitative 3D MRI study

Hereditary spastic paraparesis (HSP) is a heterogeneous group of neurodegenerative disorders with progressive lower limb spasticity, categorized into pure (p-HSP) and complicated forms (c-HSP). The purpose of this study was to evaluate if brain volumes in HSP were altered compared with a control population. Brain volumes were determined in patients suffering from HSP, including both p-HSP (n = 21) and c-HSP type (n = 12), and 30 age-matched healthy controls, using brain parenchymal fractions (BPF) calculated from 3D MRI data in an observer-independent procedure. In addition, the tissue segments of grey and white matter were analysed separately. In HSP patients, BPF were significantly reduced compared with controls both for the whole patient group (P < 0.001) and for both subgroups, indicating considerable brain atrophy. In contrast to controls who showed a decline of brain volumes with age, this physiological phenomenon was less pronounced in HSP. Therefore, global brain parenchyma reduction, involving both grey and white matter, seems to be a feature in both subtypes of HSP. Atrophy was more pronounced in c-HSP, consistent with the more severe phenotype including extramotor involvement. Thus, global brain atrophy, detected by MRI-based brain volume quantification, is a biological marker in HSP subtypes.

Stereology meets electron tomography: towards quantitative 3D electron microscopy

Stereological tools are the gold standard for accurate (i.e., unbiased) and precise quantification of any microscopic sample. The past decades have provided a broad spectrum of tools to estimate a variety of parameters such as volumes, surfaces, lengths, and numbers. Some of them require pairs of parallel sections that can be produced by either physical or optical sectioning, with optical sectioning being much more efficient when applicable. Unfortunately, transmission electron microscopy could not fully profit from these riches, mainly because of the large depth of field. Hence, optical sectioning was a long-time desire for electron microscopists. This desire was fulfilled with the development of electron tomography that yield stacks of slices from electron microscopic sections. Now, parallel optical slices of a previously unimagined small thickness (2-5 nm axial resolution) can be produced. These optical slices minimize problems related to overprojection effects, and allow for direct stereological analysis, e.g., volume estimation with the Cavalieri principle and number estimation with the optical disector method. Here, we demonstrate that the symbiosis of stereology and electron tomography is an easy and efficient way for quantitative analysis at the electron microscopic level. We call this approach quantitative 3D electron microscopy.

Reprint of "Stereology meets electron tomography: towards quantitative 3D electron microscopy" [J. Struct. Biol. 159 (2007) 443-450]

Stereological tools are the gold standard for accurate (i.e., unbiased) and precise quantification of any microscopic sample. The past decades have provided a broad spectrum of tools to estimate a variety of parameters such as volumes, surfaces, lengths, and numbers. Some of them require pairs of parallel sections that can be produced by either physical or optical sectioning, with optical sectioning being much more efficient when applicable. Unfortunately, transmission electron microscopy could not fully profit from these riches, mainly because of the large depth of field. Hence, optical sectioning was a long-time desire for electron microscopists. This desire was fulfilled with the development of electron tomography that yield stacks of slices from electron microscopic sections. Now, parallel optical slices of a previously unimagined small thickness (2-5nm axial resolution) can be produced. These optical slices minimize problems related to overprojection effects, and allow for direct stereological analysis, e.g., volume estimation with the Cavalieri principle and number estimation with the optical disector method. Here, we demonstrate that the symbiosis of stereology and electron tomography is an easy and efficient way for quantitative analysis at the electron microscopic level. We call this approach quantitative 3D electron microscopy.

Quantitative 3D strain analysis in analogue experiments: Integration of X-ray computed tomography and digital volume correlation techniques

The combination of scaled analogue experiments, material mechanics, X-ray computed tomography (XRCT) and Digital Volume Correlation techniques (DVC) is a powerful new tool not only to examine the 3 dimensional structure and kinematic evolution of complex deformation structures in scaled analogue experiments, but also to fully quantify their spatial strain distribution and complete strain history. Digital image correlation (DIC) is an important advance in quantitative physical modelling and helps to understand non-linear deformation processes. Optical non-intrusive (DIC) techniques enable the quantification of localised and distributed deformation in analogue experiments based either on images taken through transparent sidewalls (2D DIC) or on surface views (3D DIC). X-ray computed tomography (XRCT) analysis permits the non-destructive visualisation of the internal structure and kinematic evolution of scaled analogue experiments simulating tectonic evolution of complex geological structures. The combination of XRCT sectional image data of analogue experiments with 2D DIC only allows quantification of 2D displacement and strain components in section direction. This completely omits the potential of CT experiments for full 3D strain analysis of complex, non-cylindrical deformation structures. In this study, we apply digital volume correlation (DVC) techniques on XRCT scan data of “solid” analogue experiments to fully quantify the internal displacement and strain in 3 dimensions over time. Our first results indicate that the application of DVC techniques on XRCT volume data can successfully be used to quantify the 3D spatial and temporal strain patterns inside analogue experiments. We demonstrate the potential of combining DVC techniques and XRCT volume imaging for 3D strain analysis of a contractional experiment simulating the development of a non-cylindrical pop-up structure. Furthermore, we discuss various options for optimisation of granular materials, pattern generation, and data acquisition for increased resolution and accuracy of the strain results. Three-dimensional strain analysis of analogue models is of particular interest for geological and seismic interpretations of complex, non-cylindrical geological structures. The volume strain data enable the analysis of the large-scale and small-scale strain history of geological structures.

3D documentation and visualization of external injury findings by integration of simple photography in CT/MRI data sets (IprojeCT).

This study evaluated the feasibility of documenting patterned injury using three dimensions and true colour photography without complex 3D surface documentation methods. This method is based on a generated 3D surface model using radiologic slice images (CT) while the colour information is derived from photographs taken with commercially available cameras. The external patterned injuries were documented in 16 cases using digital photography as well as highly precise photogrammetry-supported 3D structured light scanning. The internal findings of these deceased were recorded using CT and MRI. For registration of the internal with the external data, two different types of radiographic markers were used and compared. The 3D surface model generated from CT slice images was linked with the photographs, and thereby digital true-colour 3D models of the patterned injuries could be created (Image projection onto CT/IprojeCT). In addition, these external models were merged with the models of the somatic interior. We demonstrated that 3D documentation and visualization of external injury findings by integration of digital photography in CT/MRI data sets is suitable for the 3D documentation of individual patterned injuries to a body. Nevertheless, this documentation method is not a substitution for photogrammetry and surface scanning, especially when the entire bodily surface is to be recorded in three dimensions including all external findings, and when precise data is required for comparing highly detailed injury features with the injury-inflicting tool.