Magnetic pill tracking : a novel non-invasive tool for investigation of human digestive motility

RESUME Les améliorations méthodologiques des dernières décennies ont permis une meilleure compréhension de la motilité gastro-intestinale. Il manque toutefois une méthode qui permette de suivre la progression du chyme le long du tube gastro-intestinal. Pour permettre l'étude de la motilité de tout le tractus digestif humain, une nouvelle technique, peu invasive, a été élaborée au Département de Physiologie, en collaboration avec l'EPFL. Appelée "Magnet Tracking", la technique est basée sur la détection du champ magnétique généré par des matériaux ferromagnétiques avalés. A cet usage, une pilule magnétique, une matrice de capteurs et un logiciel ont été développés. L'objet de ce travail est de démontrer la faisabilité d'un examen de la motilité gastro-intestinale chez l'Homme par cette méthode. L'aimant est un cylindre (ø 6x7 mm, 0.2 cm3) protégé par une gaine de silicone. Le système de mesure est constitué d'une matrice de 4x4 capteurs et d'un ordinateur portable. Les capteurs fonctionnent sur l'effet Hall. Grâce à l'interface informatique, l'évolution de la position de l'aimant est suivie en temps réel à travers tout le tractus digestif. Sa position est exprimée en fonction du temps ou reproduite en 3-D sous forme d'une trajectoire. Différents programmes ont été crées pour analyser la dynamique des mouvements de l'aimant et caractériser la motilité digestive. Dix jeunes volontaires en bonne santé ont participé à l'étude. L'aimant a été avalé après une nuit de jeûne et son séjour intra digestif suivi pendant 2 jours consécutifs. Le temps moyen de mesure était de 34 heures. Chaque sujet a été examiné une fois sauf un qui a répété sept fois l'expérience. Les sujets restaient en décubitus dorsal, tranquilles et pouvaient interrompre la mesure s'ils le désiraient. Ils sont restés à jeûne le premier jour. L'évacuation de l'aimant a été contrôlée chez tous les sujets. Tous les sujets ont bien supporté l'examen. Le marqueur a pu être détecté de l'oesophage au rectum. La trajectoire ainsi constituée représente une conformation de l'anatomie digestive : une bonne superposition de celle-ci à l'anatomie est obtenue à partir des images de radiologie conventionnelle (CT-scan, lavement à la gastrografine). Les mouvements de l'aimant ont été caractérisés selon leur périodicité, leur amplitude ou leur vitesse pour chaque segment du tractus digestif. Ces informations physiologiques sont bien corrélées à celles obtenues par des méthodes établies d'étude de la motilité gastro-intestinale. Ce travail démontre la faisabilité d'un examen de la motilité gastro-intestinal chez l'Homme par la méthode de Magnet Tracking. La technique fournit les données anatomiques et permet d'analyser en temps réel la dynamique des mouvements du tube digestif. Cette méthode peu invasive ouvre d'intéressantes perspectives pour l'étude de motilité dans des conditions physiologiques et pathologiques. Des expériences visant à valider cette approche en tant que méthode clinique sont en voie de réalisation dans plusieurs centres en Suisse et à l'étranger. SUMMARY Methodological improvements realised over the last decades have permitted a better understanding of gastrointestinal motility. Nevertheless, a method allowing a continuous following of lumina' contents is still lacking. In order to study the human digestive tract motility, a new minimally invasive technique was developed at the Department of Physiology in collaboration with Swiss Federal Institute of Technology. The method is based on the detection of magnetic field generated by swallowed ferromagnetic materials. The aim of our work was to demonstrate the feasibility of this new approach to study the human gastrointestinal motility. The magnet used was a cylinder (ø6x7mm, 0.2 cm3) coated with silicon. The magnet tracking system consisted of a 4x4 matrix of sensors based on the Hall effect Signals from the sensors were digitised and sent to a laptop computer for processing and storage. Specific software was conceived to analyse in real time the progression of the magnet through the gastrointestinal tube. Ten young and healthy volunteers were enrolled in the study. After a fasting period of 12 hours, they swallowed the magnet. The pill was then tracked for two consecutive days for 34 hours on average. Each subject was studied once except one who was studied seven times. Every subject laid on his back for the entire experiment but could interrupt it at anytime. Evacuation of the magnet was controlled in all subjects. The examination was well tolerated. The pill could be followed from the esophagus to the rectum. The trajectory of the magnet represented a "mould" of the anatomy of the digestive tube: a good superimposition with radiological anatomy (gastrografin contrast and CT) was obtained. Movements of the magnet were characterized by periodicity, velocity, and amplitude of displacements for every segment of the digestive tract. The physiological information corresponded well to data from current methods of studying gastrointestinal motility. This work demonstrates the feasibility of the new approach in studies of human gastrointestinal motility. The technique allows to correlate in real time the dynamics of digestive movements with the anatomical data. This minimally invasive method is ready for studies of human gastrointestinal motility under physiological as well as pathological conditions. Studies aiming at validation of this new approach as a clinically relevant tool are being realised in several centres in Switzerland and abroad. Abstract: A new minimally invasive technique allowing for anatomical mapping and motility studies along the entire human digestive system is presented. The technique is based on continuous tracking of a small magnet progressing through the digestive tract. The coordinates of the magnet are calculated from signals recorded by 16 magnetic field sensors located over the abdomen. The magnet position, orientation and trajectory are displayed in real time. Ten young healthy volunteers were followed during 34 h. The technique was well tolerated and no complication was encountered, The information obtained was 3-D con-figuration of the digestive tract and dynamics of the magnet displacement (velocity, transit time, length estimation, rhythms). In the same individual, repea-ted examination gave very reproducible results. The anatomical and physiological information obtained corresponded well to data from current methods and imaging. This simple, minimally invasive technique permits examination of the entire digestive tract and is suitable for both research and clinical studies. In combination with other methods, it may represent a useful tool for studies of Cl motility with respect to normal and pathological conditions.

Lutz's spontaneous sedimentation technique and the paleoparasitological analysis of sambaqui (shell mound) sediments

Parasite findings in sambaquis (shell mounds) are scarce. Although the 121 shell mound samples were previously analysed in our laboratory, we only recently obtained the first positive results. In the sambaqui of Guapi, Rio de Janeiro, Brazil, paleoparasitological analysis was performed on sediment samples collected from various archaeological layers, including the superficial layer as a control. Eggs of Acanthocephala, Ascaridoidea and Heterakoidea were found in the archaeological layers. We applied various techniques and concluded that Lutz's spontaneous sedimentation technique is effective for concentrating parasite eggs in sambaqui soil for microscopic analysis.

Appraisal of Phlebotomus argentipes habitat suitability using a remotely sensed index in the kala-azar endemic focus of Bihar, India

Visceral leishmaniasis, or kala-azar, is recognised as a serious emerging public health problem in India. In this study, environmental parameters, such as land surface temperature (LST) and renormalised difference vegetation indices (RDVI), were used to delineate the association between environmental variables and Phlebotomus argentipes abundance in a representative endemic region of Bihar, India. The adult P. argentipes were collected between September 2009-February 2010 using the hand-held aspirator technique. The distribution of P. argentipes was analysed with the LST and RDVI of the peak and lean seasons. The association between environmental covariates and P. argentipes density was analysed a multivariate linear regression model. The sandfly density at its maximum in September, whereas the minimum density was recorded in January. The regression model indicated that the season, minimum LST, mean LST and mean RDVI were the best environmental covariates for the P. argentipes distribution. The final model indicated that nearly 74% of the variance of sandfly density could be explained by these environmental covariates. This approach might be useful for mapping and predicting the distribution of P. argentipes, which may help the health agencies that are involved in the kala-azar control programme focus on high-risk areas.

Fine mapping and functional analysis of the multiple sclerosis risk gene CD6.

CD6 has recently been identified and validated as risk gene for multiple sclerosis (MS), based on the association of a single nucleotide polymorphism (SNP), rs17824933, located in intron 1. CD6 is a cell surface scavenger receptor involved in T-cell activation and proliferation, as well as in thymocyte differentiation. In this study, we performed a haptag SNP screen of the CD6 gene locus using a total of thirteen tagging SNPs, of which three were non-synonymous SNPs, and replicated the recently reported GWAS SNP rs650258 in a Spanish-Basque collection of 814 controls and 823 cases. Validation of the six most strongly associated SNPs was performed in an independent collection of 2265 MS patients and 2600 healthy controls. We identified association of haplotypes composed of two non-synonymous SNPs [rs11230563 (R225W) and rs2074225 (A257V)] in the 2(nd) SRCR domain with susceptibility to MS (P max(T) permutation = 1×10(-4)). The effect of these haplotypes on CD6 surface expression and cytokine secretion was also tested. The analysis showed significantly different CD6 expression patterns in the distinct cell subsets, i.e. - CD4(+) naïve cells, P = 0.0001; CD8(+) naïve cells, P<0.0001; CD4(+) and CD8(+) central memory cells, P = 0.01 and 0.05, respectively; and natural killer T (NKT) cells, P = 0.02; with the protective haplotype (RA) showing higher expression of CD6. However, no significant changes were observed in natural killer (NK) cells, effector memory and terminally differentiated effector memory T cells. Our findings reveal that this new MS-associated CD6 risk haplotype significantly modifies expression of CD6 on CD4(+) and CD8(+) T cells.

Scimitar Syndrome in an Asymptomatic Adult: Fortuitous Diagnosis by Imaging Technique

Congenital cardiopathies in adults are a rare clinical entity in the cardiology consultations. Advances in imaging techniques allow the fortuitous diagnosis of mild forms of these congenital abnormalities. We describe a case of an asymptomatic 41-year-old man, with a medical history of recurrent pneumonia during childhood and an established diagnosis of scimitar syndrome by computed tomography.

Mapping sub-flows to p2mp LSPs

In previous work we proposed a multi-objective traffic engineering scheme (MHDB-S model) using different distribution trees to multicast several flows. In this paper, we propose a heuristic algorithm to create multiple point-to-multipoint (p2mp) LSPs based on the optimum sub-flow values obtained with our MHDB-S model. Moreover, a general problem for supporting multicasting in MPLS networks is the lack of labels. To reduce the number of labels used, a label space reduction algorithm solution is also considered

Functional MRI Mapping of the Human Auditory Cortex

Mapping the human auditory cortex with standard functional imaging techniques is difficult because of its small size and angular position along the Sylvian fissure. As a result, the exact number and location of auditory cortex areas in the human remains unknown. In a first experiment, we measured the two largest tonotopic areas of primary auditory cortex (PAC, Al and R) using high-resolution functional MRI at 7 Tesla relative to the underlying anatomy of Heschl's gyrus (HG). The data reveals a clear anatomical- functional relationship that indicates the location of PAC across the range of common morphological variants of HG (single gyri, partial duplication and complete duplication). Human PAC tonotopic areas are oriented along an oblique posterior-to-anterior axis with mirror-symmetric frequency gradients perpendicular to HG, as in the macaque. In a second experiment, we tested whether these primary frequency-tuned units were modulated by selective attention to preferred vs. non-preferred sound frequencies in the dynamic manner needed to account for human listening abilities in noisy environments, such as cocktail parties or busy streets. We used a dual-stream selective attention experiment where subjects attended to one of two competing tonal streams presented simultaneously to different ears. Attention to low-frequency tones (250 Hz) enhanced neural responses within low-frequency-tuned voxels relative to high (4000 Hz), and vice versa when at-tention switched from high to low. Human PAC is able to tune into attended frequency channels and can switch frequencies on demand, like a radio. In a third experiment, we investigated repetition suppression effects to environmental sounds within primary and non-primary early-stage auditory areas, identified with the tonotopic mapping design. Repeated presentations of sounds from the same sources, as compared to different sources, gave repetition suppression effects within posterior and medial non-primary areas of the right hemisphere, reflecting their potential involvement in semantic representations. These three studies were conducted at 7 Tesla with high-resolution imaging. However, 7 Tesla scanners are, for the moment, not yet used for clinical diagnosis and mostly reside in institutions external to hospitals. Thus, hospital-based clinical functional and structural studies are mainly performed using lower field systems (1.5 or 3 Tesla). In a fourth experiment, we acquired tonotopic maps at 3 and 7 Tesla and evaluated the consistency of a tonotopic mapping paradigm between scanners. Mirror-symmetric gradients within PAC were highly similar at 7 and 3 Tesla across renderings at different spatial resolutions. We concluded that the tonotopic mapping paradigm is robust and suitable for definition of primary tonotopic areas, also at 3 Tesla. Finally, in a fifth study, we considered whether focal brain lesions alter tonotopic representations in the intact ipsi- and contralesional primary auditory cortex in three patients with hemispheric or cerebellar lesions, without and with auditory complaints. We found evidence for tonotopic reorganisation at the level of the primary auditory cortex in cases of brain lesions independently of auditory complaints. Overall, these results reflect a certain degree of plasticity within primary auditory cortex in different populations of subjects, assessed at different field strengths. - La cartographie du cortex auditif chez l'humain est difficile à réaliser avec des techniques d'imagerie fonctionnelle standard, étant donné sa petite taille et position angulaire le long de la fissure sylvienne. En conséquence, le nombre et l'emplacement exacts des différentes aires du cortex auditif restent inconnus chez l'homme. Lors d'une première expérience, nous avons mesuré, avec de l'imagerie par résonance magnétique à haute intensité (IRMf à 7 Tesla) chez des sujets humains sains, deux larges aires au sein du cortex auditif primaire (PAC; Al et R) avec une représentation spécifique des fréquences pures préférées - ou tonotopie. Nos résultats ont démontré une relation anatomico- fonctionnelle qui définit clairement la position du PAC à travers toutes les variantes du gyrus d'Heschl's (HG). Les aires tonotopiques du PAC humain sont orientées le long d'un axe postéro-antérieur oblique avec des gradients de fréquences spécifiques perpendiculaires à HG, d'une manière similaire à celles mesurées chez le singe. Dans une deuxième expérience, nous avons testé si ces aires primaires pouvaient être modulées, de façon dynamique, par une attention sélective pour des fréquences préférées par rapport à celles non-préférées. Cette modulation est primordiale lors d'interactions sociales chez l'humain en présence de bruits distracteurs tels que d'autres discussions ou un environnement sonore nuisible (comme par exemple, dans la circulation routière). Dans cette étude, nous avons utilisé une expérience d'attention sélective où le sujet devait être attentif à une des deux voies sonores présentées simultanément à chaque oreille. Lorsque le sujet portait était attentif aux sons de basses fréquences (250 Hz), la réponse neuronale relative à ces fréquences augmentait par rapport à celle des hautes fréquences (4000 Hz), et vice versa lorsque l'attention passait des hautes aux basses fréquences. De ce fait, nous pouvons dire que PAC est capable de focaliser sur la fréquence attendue et de changer de canal selon la demande, comme une radio. Lors d'une troisième expérience, nous avons étudié les effets de suppression due à la répétition de sons environnementaux dans les aires auditives primaires et non-primaires, d'abord identifiées via le protocole de la première étude. La présentation répétée de sons provenant de la même source sonore, par rapport à de sons de différentes sources sonores, a induit un effet de suppression dans les aires postérieures et médiales auditives non-primaires de l'hémisphère droite, reflétant une implication de ces aires dans la représentation de la catégorie sémantique. Ces trois études ont été réalisées avec de l'imagerie à haute résolution à 7 Tesla. Cependant, les scanners 7 Tesla ne sont pour le moment utilisés que pour de la recherche fondamentale, principalement dans des institutions externes, parfois proches du patient mais pas directement à son chevet. L'imagerie fonctionnelle et structurelle clinique se fait actuellement principalement avec des infrastructures cliniques à 1.5 ou 3 Tesla. Dans le cadre dune quatrième expérience, nous avons avons évalués la cohérence du paradigme de cartographie tonotopique à travers différents scanners (3 et 7 Tesla) chez les mêmes sujets. Nos résultats démontrent des gradients de fréquences définissant PAC très similaires à 3 et 7 Tesla. De ce fait, notre paradigme de définition des aires primaires auditives est robuste et applicable cliniquement. Finalement, nous avons évalués l'impact de lésions focales sur les représentations tonotopiques des aires auditives primaires des hémisphères intactes contralésionales et ipsilésionales chez trois patients avec des lésions hémisphériques ou cérébélleuses avec ou sans plaintes auditives. Nous avons trouvé l'évidence d'une certaine réorganisation des représentations topographiques au niveau de PAC dans le cas de lésions cérébrales indépendamment des plaintes auditives. En conclusion, nos résultats démontrent une certaine plasticité du cortex auditif primaire avec différentes populations de sujets et différents champs magnétiques.

The pressure cooker technique for the treatment of brain AVMs.

Arteriovenous malformations (AVMs) may be cured by injecting liquid embolic agents such as Onyx. Reflux, however, can sometimes be difficult to control and may jeopardize a complete embolization. The pressure cooker technique (PCT) was designed to create an anti-reflux plug by trapping the detachable part of an Onyx-compatible microcatheter with coils and glue in order to obtain wedge-flow conditions, thereby enabling a better understanding of macrofistulous AVMs and a more comprehensive, forceful and controlled Onyx embolization. The PCT might enlarge the range of AVMs amenable to endovascular cure. Three illustrative cases are presented.

MDCT Arthrography of the Hip: Value of the Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Technique and Potential for Radiation Dose Reduction

Au cours des deux dernières décennies, la technique d'imagerie arthro-scanner a bénéficié de nombreux progrès technologiques et représente aujourd'hui une excellente alternative à l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et / ou arthro-IRM dans l'évaluation des pathologies de la hanche. Cependant, elle reste limitée par l'exposition aux rayonnements ionisants importante. Les techniques de reconstruction itérative (IR) ont récemment été mis en oeuvre avec succès en imagerie ; la littérature montre que l'utilisation ces dernières contribue à réduire la dose d'environ 40 à 55%, comparativement aux protocoles courants utilisant la rétroprojection filtrée (FBP), en scanner de rachis. A notre connaissance, l'utilisation de techniques IR en arthro-scanner de hanche n'a pas été évaluée jusqu'à présent. Le but de notre étude était d'évaluer l'impact de la technique ASIR (GE Healthcare) sur la qualité de l'image objective et subjective en arthro-scanner de hanche, et d'évaluer son potentiel en terme de réduction de dose. Pour cela, trente sept patients examinés par arthro-scanner de hanche ont été randomisés en trois groupes : dose standard (CTDIvol = 38,4 mGy) et deux groupes de dose réduite (CTDIvol = 24,6 ou 15,4 mGy). Les images ont été reconstruites en rétroprojection filtrée (FBP) puis en appliquant différents pourcentages croissants d'ASIR (30, 50, 70 et 90%). Le bruit et le rapport contraste sur bruit (CNR) ont été mesurés. Deux radiologues spécialisés en imagerie musculo-squelettique ont évalué de manière indépendante la qualité de l'image au niveau de plusieurs structures anatomiques en utilisant une échelle de quatre grades. Ils ont également évalué les lésions labrales et du cartilage articulaire. Les résultats révèlent que le bruit augmente (p = 0,0009) et le CNR diminue (p = 0,001) de manière significative lorsque la dose diminue. A l'inverse, le bruit diminue (p = 0,0001) et le contraste sur bruit augmente (p < 0,003) de manière significative lorsque le pourcentage d'ASIR augmente ; on trouve également une augmentation significative des scores de la qualité de l'image pour le labrum, le cartilage, l'os sous-chondral, la qualité de l'image globale (au delà de ASIR 50%), ainsi que le bruit (p < 0,04), et une réduction significative pour l'os trabuculaire et les muscles (p < 0,03). Indépendamment du niveau de dose, il n'y a pas de différence significative pour la détection et la caractérisation des lésions labrales (n=24, p = 1) et des lésions cartilagineuses (n=40, p > 0,89) en fonction du pourcentage d'ASIR. Notre travail a permis de montrer que l'utilisation de plus de 50% d'ASIR permet de reduire de manière significative la dose d'irradiation reçue par le patient lors d'un arthro-scanner de hanche tout en maintenant une qualité d'image diagnostique comparable par rapport à un protocole de dose standard utilisant la rétroprojection filtrée.

Ross procedure: is the root replacement technique superior to the sub-coronary implantation technique? Long-term results.

There is controversy over the use of the Ross procedure with regard to the sub-coronary and root replacement technique and its long-term durability. A systematic review of the literature may provide insight into the outcomes of these two surgical subvariants. A systematic review of reports between 1967 and February 2013 on sub-coronary and root replacement Ross procedures was undertaken. Twenty-four articles were included and divided into (i) sub-coronary technique and (ii) root replacement technique. The 10-year survival rate for a mixed-patient population in the sub-coronary procedure was 87.3% with a 95% confidence interval (CI) of 79.7-93.4 and 89.1% (95% CI, 85.3-92.1) in the root replacement technique category. For adults, it was 94 vs 95.3% (CI, 88.9-98.1) and in the paediatric series it was 90 vs 92.7% (CI, 86.9-96.0), respectively. Freedom from reoperation at 10 years was, in the mixed population, 83.3% (95% CI, 69.9-93.4) and 93.3% (95% CI, 89.4-95.9) for sub-coronary versus root replacement technique, respectively. In adults, it was 98 vs 91.2% (95% CI, 82.4-295.8), and in the paediatric series 93.3 vs 92.0% (95% CI, 86.1-96.5) for sub-coronary versus root replacement technique, respectively. The Ross procedure arguably has satisfactory results over 5 and 10 years for both adults and children. The results do not support the advantages of the sub-coronary technique over the root replacement technique. Root replacement was of benefit to patients undergoing reoperations on neoaorta and for long-term survival in mixed series.