Direct in vitro comparison of six three-dimensional positive contrast methods for susceptibility marker imaging.

PURPOSE: To compare different techniques for positive contrast imaging of susceptibility markers with MRI for three-dimensional visualization. As several different techniques have been reported, the choice of the suitable method depends on its properties with regard to the amount of positive contrast and the desired background suppression, as well as other imaging constraints needed for a specific application. MATERIALS AND METHODS: Six different positive contrast techniques are investigated for their ability to image at 3 Tesla a single susceptibility marker in vitro. The white marker method (WM), susceptibility gradient mapping (SGM), inversion recovery with on-resonant water suppression (IRON), frequency selective excitation (FSX), fast low flip-angle positive contrast SSFP (FLAPS), and iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation (IDEAL) were implemented and investigated. RESULTS: The different methods were compared with respect to the volume of positive contrast, the product of volume and signal intensity, imaging time, and the level of background suppression. Quantitative results are provided, and strengths and weaknesses of the different approaches are discussed. CONCLUSION: The appropriate choice of positive contrast imaging technique depends on the desired level of background suppression, acquisition speed, and robustness against artifacts, for which in vitro comparative data are now available.

Pulse wave amplitude drops during sleep are reliable surrogate markers of changes in cortical activity

Rapport de synthèseLe syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie respiratoire fréquente. Sa prévalence est estimée entre 2 et 5% de la population adulte générale. Ses conséquences sont importantes. Notamment, une somnolence diurne, des troubles de la concentration, des troubles de la mémoire et une augmentation du risque d'accident de la route et du travail. Il représente également un facteur de risque cardiovasculaire indépendant.Ce syndrome est caractérisé par la survenue durant le sommeil d'obstructions répétées des voies aériennes supérieures. L'arrêt ou la diminution d'apport en oxygène vers les poumons entraîne des épisodes de diminution de la saturation en oxygène de l'hémoglobine. Les efforts ventilatoires visant à lever l'obstacle présent sur les voies aériennes causent de fréquents réveils à l'origine d'une fragmentation du sommeil.La polysomnographie (PSG) représente le moyen diagnostic de choix. Il consiste en l'enregistrement dans un laboratoire du sommeil et en présence d'un technicien diplômé, du tracé électroencéphalographique (EEG), de l'électrooculogramme (EOG), de l'électromyogramme mentonnier (EMG), du flux respiratoire nasal, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de l'électrocardiogramme (ECG), des mouvements thoraciques et abdominaux, de la position du corps et des mouvements des jambes. L'examen est filmé par caméra infrarouge et les sons sont enregistrés.Cet examen permet entre autres mesures, de déterminer les événements respiratoires obstructifs nécessaires au diagnostic de syndrome d'apnée du sommeil. On définit une apnée lors d'arrêt complet du débit aérien durant au moins 10 secondes et une hypopnée en cas, soit de diminution franche de l'amplitude du flux respiratoire supérieure à 50% durant au moins 10 secondes, soit de diminution significative (20%) de l'amplitude du flux respiratoire pendant au minimum 10 secondes associée à un micro-éveil ou à une désaturation d'au moins 3% par rapport à la ligne de base. La détection des micro-éveils se fait en utilisant les dérivations électroencéphalographiques, électromyographiques et électrooculographiques. Il existe des critères visuels de reconnaissance de ces éveils transitoire: apparition de rythme alpha (8.1 à 12.0 Hz) ou beta (16 à 30 Hz) d'une durée supérieure à 3 secondes [20-21].Le diagnostic de S AOS est retenu si l'on retrouve plus de 5 événements respiratoires obstructifs par heure de sommeil associés soit à une somnolence diurne évaluée selon le score d'Epworth ou à au moins 2 symptômes parmi les suivants: sommeil non réparateur, étouffements nocturne, éveils multiples, fatigue, troubles de la concentration. Le S AOS est gradué en fonction du nombre d'événements obstructifs par heure de sommeil en léger (5 à 15), modéré (15 à 30) et sévère (>30).La polysomnographie (PSG) comporte plusieurs inconvénients pratiques. En effet, elle doit être réalisée dans un laboratoire du sommeil avec la présence permanente d'un technicien, limitant ainsi son accessibilité et entraînant des délais diagnostiques et thérapeutiques. Pour ces mêmes raisons, il s'agit d'un examen onéreux.La polygraphie respiratoire (PG) représente l'alternative diagnostique au gold standard qu'est l'examen polysomnographique. Cet examen consiste en l'enregistrement en ambulatoire, à savoir au domicile du patient, du flux nasalrespiratoire, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de la position du corps et du ronflement (par mesure de pression).En raison de sa sensibilité et sa spécificité moindre, la PG reste recommandée uniquement en cas de forte probabilité de SAOS. Il existe deux raisons principales à l'origine de la moindre sensibilité de l'examen polygraphique. D'une part, du fait que l'état de veille ou de sommeil n'est pas déterminé avec précision, il y a dilution des événements respiratoires sur l'ensemble de l'enregistrement et non sur la période de sommeil uniquement. D'autre part, en l'absence de tracé EEG, la quantification des micro-éveils est impossible. Il n'est donc pas possible dans l'examen poly graphique, de reconnaître une hypopnée en cas de diminution de flux respiratoire de 20 à 50% non associée à un épisode de désaturation de l'hémoglobine de 3% au moins. Alors que dans l'examen polysomnographique, une telle diminution du flux respiratoire pourrait être associée à un micro-éveil et ainsi comptabilisée en tant qu'hypopnée.De ce constat est né la volonté de trouver un équivalent de micro-éveil en polygraphie, en utilisant les signaux à disposition, afin d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique.Or plusieurs études ont démontrés que les micro-éveils sont associés à des réactions du système nerveux autonome. Lors des micro-éveils, on met en évidence la survenue d'une vasoconstriction périphérique. La variation du tonus sympathique associée aux micro-éveils peut être mesurée par différentes méthodes. Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie représentant un marqueur fiable de la vasoconstriction périphérique associée aux micro-réveils, il paraît donc opportun d'utiliser ce marqueur autonomique disponible sur le tracé des polygraphies ambulatoires afin de renforcer la sensibilité de cet examen.Le but de l'étude est d'évaluer la sensibilité des variations de l'amplitude de l'onde de pouls pour détecter des micro-réveils corticaux afin de trouver un moyen d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique et de renforcer ainsi sont pouvoir diagnostic.L'objectif est de démontrer qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde pouls est concomitante à une activation corticale correspondant à un micro¬réveil. Cette constatation pourrait permettre de déterminer une hypopnée, en polygraphie, par une diminution de 20 à 50% du flux respiratoire sans désaturation de 3% mais associée à une baisse significative de l'amplitude de pouls en postulant que l'événement respiratoire a entraîné un micro-réveil. On retrouve par cette méthode les mêmes critères de scoring d'événements respiratoires en polygraphie et en polysomnographie, et l'on renforce la sensibilité de la polygraphie par rapport au gold standard polysomnographique.La méthode consiste à montrer en polysomnographie qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie est associée à une activation du signal électroencéphalographique, en réalisant une analyse spectrale du tracé EEG lors des baisses d'amplitude du signal d'onde de pouls.Pour ce faire nous avons réalisé une étude rétrospective sur plus de 1000 diminutions de l'amplitude de l'onde de pouls sur les tracés de 10 sujets choisis de manière aléatoire parmi les patients référés dans notre centre du sommeil (CIRS) pour suspicion de trouble respiratoire du sommeil avec somnolence ou symptomatologie diurne.Les enregistrements nocturnes ont été effectués de manière standard dans des chambres individuelles en utilisant le système d'acquisition Embla avec l'ensemble des capteurs habituels. Les données ont été par la suite visuellement analysées et mesurées en utilisant le software Somnologica version 5.1, qui fournit un signal de l'amplitude de l'onde de pouls (puise wave amplitude - PWA).Dans un premier temps, un technicien du sommeil a réalisé une analyse visuelle du tracé EEG, en l'absence des données du signal d'amplitude d'onde de pouls. Il a déterminé les phases d'éveil et de sommeil, les stades du sommeil et les micro¬éveils selon les critères standards. Les micro-éveils sont définis lors d'un changement abrupt dans la fréquence de l'EEG avec un pattern d'ondes thêta-alpha et/ou une fréquence supérieure à 16 Hz (en l'absence de fuseau) d'une durée d'au minimum trois secondes. Si cette durée excède quinze secondes, l'événement correspond à un réveil.Puis, deux investigateurs ont analysé le signal d'amplitude d'onde de pouls, en masquant les données du tracé EEG qui inclut les micro-éveils. L'amplitude d'onde de pouls est calculée comme la différence de valeur entre le zénith et le nadir de l'onde pour chaque cycle cardiaque. Pour chaque baisse de l'amplitude d'onde de pouls, la plus grande et la plus petite amplitude sont déterminées et le pourcentage de baisse est calculé comme le rapport entre ces deux amplitudes. On retient de manière arbitraire une baisse d'au moins 20% comme étant significative. Cette limite a été choisie pour des raisons pratiques et cliniques, dès lors qu'elle représentait, à notre sens, la baisse minimale identifiable à l'inspection visuelle. Chaque baisse de PWA retenue est divisée en 5 périodes contiguës de cinq secondes chacune. Deux avant, une pendant et deux après la baisse de PWA.Pour chaque période de cinq secondes, on a pratiqué une analyse spectrale du tracé EEG correspondant. Le canal EEG C4-A1 est analysé en utilisant la transformée rapide de Fourier (FFT) pour chaque baisse de PWA et pour chaque période de cinq secondes avec une résolution de 0.2 Hz. La distribution spectrale est catégorisée dans chaque bande de fréquence: delta (0.5 à 4.0 Hz); thêta (4.1 à 8.0Hz); alpha (8.1 à 12.0 Hz); sigma (12.1 à 16 Hz) et beta (16.1 à 30.0 Hz). La densité de puissance (power density, en μΥ2 ) pour chaque bande de fréquence a été calculée et normalisée en tant que pourcentage de la puissance totale. On a déterminé, ensuite, la différence de densité de puissance entre les 5 périodes par ANOVA on the rank. Un test post hoc Tukey est été utilisé pour déterminer si les différences de densité de puissance étaient significatives. Les calculs ont été effectués à l'aide du software Sigmastat version 3.0 (Systat Software San Jose, California, USA).Le principal résultat obtenu dans cette étude est d'avoir montré une augmentation significative de la densité de puissance de l'EEG pour toutes les bandes de fréquence durant la baisse de l'amplitude de l'onde de pouls par rapport à la période avant et après la baisse. Cette augmentation est par ailleurs retrouvée dans la plupart des bande de fréquence en l'absence de micro-réveil visuellement identifié.Ce résultat témoigné donc d'une activation corticale significative associée à la diminution de l'onde de pouls. Ce résulat pourrait permettre d'utiliser les variations de l'onde de pouls dans les tracés de polygraphie comme marqueur d'une activation corticale. Cependant on peut dire que ce marqueur est plus sensible que l'analyse visuelle du tracé EEG par un technicien puisque qu'on notait une augmentation de lactivité corticale y compris en l'absence de micro-réveil visuellement identifié. L'application pratique de ces résultats nécessite donc une étude prospective complémentaire.

Phase-sensitive dual-inversion recovery for accelerated carotid vessel wall imaging.

OBJECTIVES: Dual-inversion recovery (DIR) is widely used for magnetic resonance vessel wall imaging. However, optimal contrast may be difficult to obtain and is subject to RR variability. Furthermore, DIR imaging is time-inefficient and multislice acquisitions may lead to prolonged scanning times. Therefore, an extension of phase-sensitive (PS) DIR is proposed for carotid vessel wall imaging. METHODS: The statistical distribution of the phase signal after DIR is probed to segment carotid lumens and suppress their residual blood signal. The proposed PS-DIR technique was characterized over a broad range of inversion times. Multislice imaging was then implemented by interleaving the acquisition of 3 slices after DIR. Quantitative evaluation was then performed in healthy adult subjects and compared with conventional DIR imaging. RESULTS: Single-slice PS-DIR provided effective blood-signal suppression over a wide range of inversion times, enhancing wall-lumen contrast and vessel wall conspicuity for carotid arteries. Multislice PS-DIR imaging with effective blood-signal suppression is enabled. CONCLUSIONS: A variant of the PS-DIR method has successfully been implemented and tested for carotid vessel wall imaging. This technique removes timing constraints related to inversion recovery, enhances wall-lumen contrast, and enables a 3-fold increase in volumetric coverage at no extra cost in scanning time.

Hematopoietic stem cell function and survival depend on c-Myc and N-Myc activity.

Myc activity is emerging as a key element in acquisition and maintenance of stem cell properties. We have previously shown that c-Myc deficiency results in accumulation of defective hematopoietic stem cells (HSCs) due to niche-dependent differentiation defects. Here we report that immature HSCs coexpress c-myc and N-myc mRNA at similar levels. Although conditional deletion of N-myc in the bone marrow does not affect hematopoiesis, combined deficiency of c-Myc and N-Myc (dKO) results in pancytopenia and rapid lethality. Interestingly, proliferation of HSCs depends on both myc genes during homeostasis, but is c-Myc/N-Myc independent during bone marrow repair after injury. Strikingly, while most dKO hematopoietic cells undergo apoptosis, only self-renewing HSCs accumulate the cytotoxic molecule Granzyme B, normally employed by the innate immune system, thereby revealing an unexpected mechanism of stem cell apoptosis. Collectively, Myc activity (c-Myc and N-Myc) controls crucial aspects of HSC function including proliferation, differentiation, and survival.

Data Acquisition and Computer Plotting of Delamtect Data, HR-269, 1985

The overall system is designed to permit automatic collection of delamination field data for bridge decks. In addition to measuring and recording the data in the field, the system provides for transferring the recorded data to a personal computer for processing and plotting. This permits rapid turnaround from data collection to a finished plot of the results in a fraction of the time previously required for manual analysis of the analog data captured on a strip chart recorder. In normal operation the Delamtect provides an analog voltage for each of two channels which is proportional to the extent of any delamination. These voltages are recorded on a strip chart for later visual analysis. An event marker voltage, produced by a momentary push button on the handle, is also provided by the Delamtect and recorded on a third channel of the analog recorder.

High b-value Diffusion-weighted Imaging: A Sensitive Method to Reveal White Matter Changes in Schizophrenia

Background: b-value is the parameter characterizing the intensity of the diffusion weighting during image acquisition. Data acquisition is usually performed with low b value (b~1000 s/mm2). Evidence shows that high b-values (b>2000 s/mm2) are more sensitive to the slow diffusion compartment (SDC) and maybe more sensitive in detecting white matter (WM) anomalies in schizophrenia.Methods: 12 male patients with schizophrenia (mean age 35 +/-3 years) and 16 healthy male controls matched for age were scanned with a low b-value (1000 s/mm2) and a high b-value (4000 s/mm2) protocol. Apparent diffusion coefficient (ADC) is a measure of the average diffusion distance of water molecules per time unit (mm2/s). ADC maps were generated for all individuals. 8 region of interests (frontal and parietal region bilaterally, centrum semi-ovale bilaterally and anterior and posterior corpus callosum) were manually traced blind to diagnosis.Results: ADC measures acquired with high b-value imaging were more sensitive in detecting differences between schizophrenia patients and healthy controls than low b-value imaging with a gain in significance by a factor of 20- 100 times despite the lower image Signal-to-noise ratio (SNR). Increased ADC was identified in patient's WM (p=0.00015) with major contributions from left and right centrum semi-ovale and to a lesser extent right parietal region.Conclusions: Our results may be related to the sensitivity of high b-value imaging to the SDC believed to reflect mainly the intra-axonal and myelin bound water pool. High b-value imaging might be more sensitive and specific to WM anomalies in schizophrenia than low b-value imaging

Prospective and retrospective motion correction in diffusion magnetic resonance imaging of the human brain.

Diffusion-weighting in magnetic resonance imaging (MRI) increases the sensitivity to molecular Brownian motion, providing insight in the micro-environment of the underlying tissue types and structures. At the same time, the diffusion weighting renders the scans sensitive to other motion, including bulk patient motion. Typically, several image volumes are needed to extract diffusion information, inducing also inter-volume motion susceptibility. Bulk motion is more likely during long acquisitions, as they appear in diffusion tensor, diffusion spectrum and q-ball imaging. Image registration methods are successfully used to correct for bulk motion in other MRI time series, but their performance in diffusion-weighted MRI is limited since diffusion weighting introduces strong signal and contrast changes between serial image volumes. In this work, we combine the capability of free induction decay (FID) navigators, providing information on object motion, with image registration methodology to prospectively--or optionally retrospectively--correct for motion in diffusion imaging of the human brain. Eight healthy subjects were instructed to perform small-scale voluntary head motion during clinical diffusion tensor imaging acquisitions. The implemented motion detection based on FID navigator signals is processed in real-time and provided an excellent detection performance of voluntary motion patterns even at a sub-millimetre scale (sensitivity≥92%, specificity>98%). Motion detection triggered an additional image volume acquisition with b=0 s/mm2 which was subsequently co-registered to a reference volume. In the prospective correction scenario, the calculated motion-parameters were applied to perform a real-time update of the gradient coordinate system to correct for the head movement. Quantitative analysis revealed that the motion correction implementation is capable to correct head motion in diffusion-weighted MRI to a level comparable to scans without voluntary head motion. The results indicate the potential of this method to improve image quality in diffusion-weighted MRI, a concept that can also be applied when highest diffusion weightings are performed.

Performance of a chromatographic procedure used in the certification of reference material for polycyclic aromatic hydrocarbons in sewage sludge

Semi-automatic capillary gas chromatographic method with classical flame ionization detection, which satisfies the conditions for required performance and gave acceptable results within the framework of an interlaboratory certification programme for PAHs in sewage sludge, is described. The interesting feature of the procedure is that it incorporates automatic operations such as sample fractionation by semi-preparative HPLC, fraction collection at signal level recognition and evaporation under nitrogen flow. Multiple injections in the GC capillary column are performed in the on-column mode via an autosampler with temperature-programmable injector. Automatic data acquisition and chromatogram treatment are made via computer software. This partially automatic procedure releases personnel from tedious and time-consuming tasks and its robust character was validated through the certification of reference material for PAHs in sewage sludge, demonstrating its reliable performance.

Comparison of fat suppression strategies in 3D spiral coronary magnetic resonance angiography.

PURPOSE: In the present study, the impact of the two different fat suppression techniques was investigated for free breathing 3D spiral coronary magnetic resonance angiography (MRA). As the coronary arteries are embedded in epicardial fat and are adjacent to myocardial tissue, magnetization preparation such as T(2)-preparation and fat suppression is essential for coronary discrimination. MATERIALS AND METHODS: Fat-signal suppression in three-dimensional (3D) thin- slab coronary MRA based on a spiral k-space data acquisition can either be achieved by signal pre-saturation using a spectrally selective inversion recovery pre-pulse or by spectral-spatial excitation. In the present study, the performance of the two different approaches was studied in healthy subjects. RESULTS: No significant objective or subjective difference was found between the two fat suppression approaches. CONCLUSION: Spectral pre-saturation seems preferred for coronary MRA applications due to the ease of implementation and the shorter cardiac acquisition window.

Optimized MEGA-SPECIAL for in vivo glutamine detection in the rat brain at 14.1 T.

Glutamine has multiple roles in brain metabolism and its concentration can be altered in various pathological conditions. An accurate knowledge of its concentration is therefore highly desirable to monitor and study several brain disorders in vivo. However, in recent years, several MRS studies have reported conflicting glutamine concentrations in the human brain. A recent hypothesis for explaining these discrepancies is that a short T2 component of the glutamine signal may impact on its quantification at long echo times. The present study therefore aimed to investigate the impact of acquisition parameters on the quantified glutamine concentration using two different acquisition techniques, SPECIAL at ultra-short echo time and MEGA-SPECIAL at moderate echo time. For this purpose, MEGA-SPECIAL was optimized for the first time for glutamine detection. Based on the very good agreement of the glutamine concentration obtained between the two measurements, it was concluded that no impact of a short T2 component of the glutamine signal was detected.

Plastic modifications within inhibitory control networks induced by practicing a stop-signal task: an electrical neuroimaging study.

INTRODUCTION: Inhibitory control refers to our ability to suppress ongoing motor, affective or cognitive processes and mostly depends on a fronto-basal brain network. Inhibitory control deficits participate in the emergence of several prominent psychiatric conditions, including attention deficit/hyperactivity disorder or addiction. The rehabilitation of these pathologies might therefore benefit from training-based behavioral interventions aiming at improving inhibitory control proficiency and normalizing the underlying neurophysiological mechanisms. The development of an efficient inhibitory control training regimen first requires determining the effects of practicing inhibition tasks. METHODS: We addressed this question by contrasting behavioral performance and electrical neuroimaging analyses of event-related potentials (ERPs) recorded from humans at the beginning versus the end of 1 h of practice on a stop-signal task (SST) involving the withholding of responses when a stop signal was presented during a speeded auditory discrimination task. RESULTS: Practicing a short SST improved behavioral performance. Electrophysiologically, ERPs differed topographically at 200 msec post-stimulus onset, indicative of the engagement of distinct brain network with learning. Source estimations localized this effect within the inferior frontal gyrus, the pre-supplementary motor area and the basal ganglia. CONCLUSION: Our collective results indicate that behavioral and brain responses during an inhibitory control task are subject to fast plastic changes and provide evidence that high-order fronto-basal executive networks can be modified by practicing a SST.

Contrasting tree-ring data with fire record in a pine-dominated landscape in the Komi Republic (Eastern European Russia) : recovering a common climate signal

Abstract

Diffusion tensor echo planar imaging using surface coil transceiver with a semiadiabatic RF pulse sequence at 14.1T.

Diffusion magnetic resonance studies of the brain are typically performed using volume coils. Although in human brain this leads to a near optimal filling factor, studies of rodent brain must contend with the fact that only a fraction of the head volume can be ascribed to the brain. The use of surface coil as transceiver increases Signal-to-Noise Ratio (SNR), reduces radiofrequency power requirements and opens the possibility of parallel transmit schemes, likely to allow efficient acquisition schemes, of critical importance for reducing the long scan times implicated in diffusion tensor imaging. This study demonstrates the implementation of a semiadiabatic echo planar imaging sequence (echo time=40 ms, four interleaves) at 14.1T using a quadrature surface coil as transceiver. It resulted in artifact free images with excellent SNR throughout the brain. Diffusion tensor derived parameters obtained within the rat brain were in excellent agreement with reported values.