STRUCTURAL AND FUNCTIONAL CORRELATES OF EXERCISE VENTILATORY INEFFICIENCY IN CHRONIC OBSTRUCTIVE PULMONARY DISEASE PATIENTS WITH MILD-TO-MODERATE SPIROMETRIC ABNORMALITIES

Background: Individuals with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) have higher than normal ventilatory equivalents for carbon dioxide (VE/VCO2) during exercise. There is growing evidence that emphysema on thoracic computed tomography (CT) scans is associated with poor exercise capacity in COPD patients with only mild-to-moderate airflow obstruction. We hypothesized that emphysema is an underlying cause of microvascular dysfunction and ventilatory inefficiency, which in turn contributes to reduced exercise capacity. We expected ventilatory inefficiency to be associated with a) the extent of emphysema; b) lower diffusing capacity for carbon monoxide; c) a reduced pulmonary blood flow response to exercise; and d) reduced exercise capacity. Methods: In a cross-sectional study, 19 subjects with mild-to-moderate COPD (mean ± SD FEV1= 82 ± 13% predicted, 12 GOLD grade 1) and 26 age-, sex-, and activity-matched controls underwent a ramp-incremental symptom-limited exercise test on a cycle ergometer. Ventilatory inefficiency was assessed by the minimum VE/VCO2 value (nadir). A subset of subjects also completed repeated constant work rate exercise bouts with non-invasive measurements of pulmonary blood flow. Emphysema was quantified as the percentage of attenuation areas below -950 Housefield Units on CT scans. An electronic scoresheet was used to keep track of emphysema sub-types. Results: COPD subjects typically had centrilobular emphysema (76.8 ± 10.1% of total emphysema) in the upper lobes (upper/lower lobe ratio= 0.82 ± 0.04). They had lower peak oxygen uptake (VO2), higher VE/VCO2 nadir and greater dyspnea scores than controls (p<0.05). Lower peak O2 and worse dyspnea were found in COPD subjects with VE/VCO2 nadirs ≥ 30. COPD subjects had blunted increases in pulmonary blood flow from rest to iso-VO2 exercise (p<0.05). Higher VE/VCO2 nadir in COPD subjects correlated with emphysema severity (r= 0.63), which in turn correlated with reduced lung diffusing capacity (r= -0.72) and blunted changes in pulmonary blood flow from rest to exercise (r= -0.69) (p<0.01). Conclusions: Ventilation “wasted” in emphysematous areas is associated with reduced exercise ventilatory efficiency in mild-to-moderate COPD. Exercise ventilatory inefficiency links structure (emphysema) and function (gas transfer) to a key clinical outcome (reduced exercise capacity) in COPD patients with modest spirometric abnormalities.

Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

Improving the Accuracy of 3-D Reconstruction in Robotic Vision Applications

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Budowa, asymetria i dymorfizm płciowy stawu ramiennego w populacji średniowiecznej i współczesnej

Wydział Biologii: Instytut Antropologii

Large Morgagni Hernia in an Adult Patient

A 70-year-old woman presented to the emergency department with symptoms of a lower respiratory infection. A chest x-ray showed enlargement of the mediastinal space. The patient was admitted with a respiratory tract infection and started on antibiotic treatment. A computed tomography (CT) scan of the thorax revealed a large diaphragmatic hernia with stomach, large intestine and caudal pancreas lodged in the thoracic cavity. After the antibiotic treatment, the patient became asymptomatic and surgery repair was declined. Morgagni hernia is an uncommon type of congenital diaphragmatic hernia, which may be asymptomatic until late in life or may be present acutely with life threatening conditions.

Tenecteplase and alteplase in acute ischaemic stroke thrombolysis: clinical and imaging study

Introduction: Intravenous thrombolysis in acute ischaemic stroke with alteplase improves clinical outcomes, but it has limited efficacy and is associated with increased risk of intracranial haemorrhage. An improved tissue plasminogen activator, tenecteplase, was evidenced to be at least equally effective with lower risk of haemorrhage in acute myocardial infarction thrombolysis. To date, two completed phase II randomised controlled studies comparing tenecteplase and alteplase in acute ischaemic strokes showed variable results. Methods: A literature review of thrombolytic agents used in myocardial infarction and acute ischaemic stroke was performed, followed by a retrospective investigation of the bolus-to- infusion delay of alteplase administration. The main focus of this thesis is the report of our single centre phase II randomised controlled trial that compared tenecteplase (0.25mg/kg, maximum 25mg) and alteplase (0.9mg/kg, maximum 90mg, 10% as the initial bolus, following by one hour infusion with the rest of the dose) in acute ischaemic stroke thrombolysis using advanced imaging as biomarkers. Imaging comprised baseline computed tomography (CT), CT perfusion (CTP) and CT angiography (CTA), and CT+CTA at 24-48 hours. The primary end-point was penumbral salvage (CTP-defined penumbra volume minus follow-up CT infarct volume). A sub-study of coagulation and fibrinolysis analysis of the two agents was performed by comparing a group of coagulation variables measured pre-treatment, 3-12 hours, and 24±3 hours post thrombolysis. An individual patient data (IPD) meta-analysis was carried out using all three completed tenecteplase/alteplase comparison studies in stroke thrombolysis. We compared clinical outcomes including modified Rankin scale at 3 months, early neurological improvement at 24 hours, intracerebral haemorrhage rate and mortality at 3 months between all three tenecteplase doses (0.1mg/kg, 0.25 mg/kg, and 0.4mg/kg) examined and standard alteplase. Imaging outcomes including penumbra salvage, recanalisation rates were also compared using the data from the two studies that had advance imaging carried out. Results: Delay between the initial bolus and the subsequent infusion in administration of alteplase is common. This may reduce the likelihood of achieving a good functional outcome. Among the 104 patients recruited in ATTEST trial, 71 contributed to the imaging primary outcome. No significant differences were observed for penumbral salvage [68 (SD 28) % tenecteplase vs 68 (SD 23) % alteplase], mean difference 1% (95% confidence interval -10%, 12%, p=0·81) or for any secondary end-point. The SICH incidence (1/52, 2% vs 2/51, 4%, by SITS-MOST definition, p=0·55; by ECASS-2 definition, 3/52, 6% tenecteplase vs 4/51, 8% alteplase, p=0.59) did not differed significantly. There was a trend towards lower ICH risk in the tenecteplase group (8/52 tenecteplase, 15% vs 14/51 alteplase, 29%, p=0·091). Compared to baseline, alteplase caused significant hypofibrinogenaemia (p=0.002), prolonged Prothrombin Time (PT) (p=0.011), hypoplasminogenaemia (p=0.001) and lower Factor V (p=0.002) at 3-12 hours after administration with persistent hypofibrinogenaemia at 24h (p=0.011), while only minor hypoplasminogenaemia (P=0.029) was seen in the tenecteplase group. Tenecteplase consumed less plasminogen (p<0.001) and fibrinogen (p=0.002) compared with alteplase. In a pooled analysis, tenecteplase 0.25mg/kg had the greatest odds to achieve early neurological improvement (OR [95%CI] 3.3 [1.5, 7.2], p=0.093), excellent functional outcome (mRS 0-1) at three months (OR [95%CI] 1.9 [0.8, 4.4], p= 0.28), with reduced odds of ICH (OR [95%CI] 0.6 [0.2, 1.8], P=0.43) compared with alteplase. Only 19 patients were treated with tenecteplase 0.4mg/kg, which showed increased odds of SICH compared with alteplase (OR [95% CI] 6.2 [0.7, 56.3]). In the two studies where advanced imaging was performed, the imaging outcomes did not differ in the IPD analysis. Conclusion: Tenecteplase 0.25 mg/kg has the potential to be a better alternative to alteplase. It can be given as a single bolus, does not cause disruption to systemic coagulation, and is possibly safer and more effective in clot lysis. Further phase III study to compare tenecteplase and alteplase in acute ischaemic stroke is warranted.

Padrões de captação de constraste do útero TC e RM

Ao contrário da ecografia e da ressonância magnética (RM), a tomografia computadorizada (TC) não é uma técnica de primeira linha no estudo da patologia pélvica feminina. Contudo, a TC é frequentemente utilizada na avaliação de patologia pélvica não ginecológica, nomeadamente em contexto de urgência ou de seguimento, na qual os órgãos ginecológicos são englobados. Nestas situações, o padrão de captação de contraste endovenoso pelo corpo e colo do útero na TC pode ser de difícil interpretação e por vezes simular patologia, dado o amplo espectro de padrões de captação de contraste endovenoso, de variantes anatómicas e/ou de patologia subjacente. Neste artigo as autoras revêm e ilustram os padrões de captação de contraste endovenoso pelo útero em TC e RM e possíveis pitfalls, permitindo diferenciar os aspectos normais e patológicos do útero em TC.

Urachal carcinoma: imaging findings

Urachal carcinoma is a rare neoplasm, which accounts for only 0.5–2% of bladder malignancies, and arises from a remnant of the fetal genitourinary tract. A 46-year-old woman presented with a history of pelvic pain and frequent daytime urination. Ultrasound (US), computed tomography (CT), and magnetic resonance (MR) demonstrated a supravesical heterogeneous mass with calcifications. The patient underwent a partial cystectomy with en-bloc resection of the mass and histopathological examination revealed the diagnosis of urachal adenocarcinoma. Urachal carcinomas are usually associated with poor prognosis and early diagnosis is fundamental. CT and MR are useful to correctly diagnose and preoperatively staging.

Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

EVIDENCE FOR MECHANICAL STRAINS INFLUENCE IN OSTEOPHYTE DEVELOPMENT

Purpose: Osteophytes are osteo-cartilaginous metaplastic tissue outgrowths of bone capped by cartilage usually found in degenerative and inflammatory joint disease. The presence and degree of maturity of osteophytes, along with joint space narrowing, are the main radiographic criteria for diagnosis and grading osteoarthritis (OA). Although osteophytes are known for being anatomic signs of advanced OA, they can occur in non-symptomatic joints, in joints with no other observable alterations, and in early stage OA. It remains unclear if they develop from molecular, physiological and/or mechanical stimuli. We hypothesized that mechanical strains play a role in osteophyte development. The overall objective of this thesis was to find evidence that osteophytes are influenced by mechanical strains. Methods: The first project was to develop a mechanically-induced osteophyte animal model. One single impact load that was reported to induce moderate joint damage was applied to the periosteum of the rat knee. Animals were sacrificed at four time points to characterize the evolution of damaged tissue and the joint by histology. A second study using human mature hip osteophytes was conducted to evaluate if mature osteophyte presented histological signs of proliferating and developmental processes. The histological characterization of mature osteophyte was used to compare findings of the mechanically-induced osteophyte in the animal model to validate the use of this rodent model in studying some aspect of osteophyte development of human. Lastly, a detailed three-dimensional (3D) radiological morphometric analysis was performed on microscopic computed tomography (µCT) scanned femoral heads collected from total hip arthroplasty patients presenting mature hip osteophytes. Quantitative morphometric measures of osteophytes internal structure was compared to three regions of the femoral head of known quality of organisation and mechanical constraint. Results and Conclusion: Osteophyte can be mechanically induced by a single load impact to the joint periosteum, indicating that a moderate trauma to the periosteal layer of the joint may play a role in osteophyte development. Mature osteophytes have proliferation, developing and remodelling zones and have trabecular structures. Mechanically-induced osteophytes and mature osteophytes presented similar histological composition. Mature osteophytes have organized internal structure. These results provide evidence that mechanical strain can influence osteophyte development.

Software for Designing Custom Orbital-Craniofacial Implant Plans

Purpose: Custom cranio-orbital implants have been shown to achieve better performance than their hand-shaped counterparts by restoring skull anatomy more accurately and by reducing surgery time. Designing a custom implant involves reconstructing a model of the patient's skull using their computed tomography (CT) scan. The healthy side of the skull model, contralateral to the damaged region, can then be used to design an implant plan. Designing implants for areas of thin bone, such as the orbits, is challenging due to poor CT resolution of bone structures. This makes preoperative design time-intensive since thin bone structures in CT data must be manually segmented. The objective of this thesis was to research methods to accurately and efficiently design cranio-orbital implant plans, with a focus on the orbits, and to develop software that integrates these methods. Methods: The software consists of modules that use image and surface restoration approaches to enhance both the quality of CT data and the reconstructed model. It enables users to input CT data, and use tools to output a skull model with restored anatomy. The skull model can then be used to design the implant plan. The software was designed using 3D Slicer, an open-source medical visualization platform. It was tested on CT data from thirteen patients. Results: The average time it took to create a skull model with restored anatomy using our software was 0.33 hours ± 0.04 STD. In comparison, the design time of the manual segmentation method took between 3 and 6 hours. To assess the structural accuracy of the reconstructed models, CT data from the thirteen patients was used to compare the models created using our software with those using the manual method. When registering the skull models together, the difference between each set of skulls was found to be 0.4 mm ± 0.16 STD. Conclusions: We have developed a software to design custom cranio-orbital implant plans, with a focus on thin bone structures. The method described decreases design time, and is of similar accuracy to the manual method.

Optimisation de l’extraction de lumière de scintillation dans les matrices de détecteurs pixellisés pour des applications en tomographie d’émission par positrons (TEP) et en tomodensitométrie (TDM)

Résumé : Les performances de détecteurs à scintillation, composés d’un cristal scintillateur couplé à un photodétecteur, dépendent de façon critique de l’efficacité de la collecte et de l’extraction des photons de scintillation du cristal vers le capteur. Dans les systèmes d’imagerie hautement pixellisés (e.g. TEP, TDM), les scintillateurs doivent être arrangés en matrices compactes avec des facteurs de forme défavorables pour le transport des photons, au détriment des performances du détecteur. Le but du projet est d’optimiser les performances de ces détecteurs pixels par l'identification des sources de pertes de lumière liées aux caractéristiques spectrales, spatiales et angulaires des photons de scintillation incidents sur les faces des scintillateurs. De telles informations acquises par simulation Monte Carlo permettent une pondération adéquate pour l'évaluation de gains atteignables par des méthodes de structuration du scintillateur visant à une extraction de lumière améliorée vers le photodétecteur. Un plan factoriel a permis d'évaluer la magnitude de paramètres affectant la collecte de lumière, notamment l'absorption des matériaux adhésifs assurant l'intégrité matricielle des cristaux ainsi que la performance optique de réflecteurs, tous deux ayant un impact considérable sur le rendement lumineux. D'ailleurs, un réflecteur abondamment utilisé en raison de ses performances optiques exceptionnelles a été caractérisé dans des conditions davantage réalistes par rapport à une immersion dans l'air, où sa réflectivité est toujours rapportée. Une importante perte de réflectivité lorsqu'il est inséré au sein de matrices de scintillateurs a été mise en évidence par simulations puis confirmée expérimentalement. Ceci explique donc les hauts taux de diaphonie observés en plus d'ouvrir la voie à des méthodes d'assemblage en matrices limitant ou tirant profit, selon les applications, de cette transparence insoupçonnée.

Postoperative low dose CT assessment of interbody fusion two years after thoracoscopic scoliosis surgery

The relationship between radiologic union and clinical outcomes in thoracoscopic scoliosis surgery is not clear, as apparent non-union of a spinal fusion does not always correspond to a poor clinical result. The aim of this study was to evaluate for the first time the interbody fusion rates using low dose CT scans at minimum 24 months after thoracoscopic scoliosis surgery, and to explore the relationship between fusion scores and; (i) rod diameter, (ii) graft type, (iii) fusion level, (iv) implant failure, and (v) lateral position in the disc space. The study found that moderate fusion scores on the Sucato scale secure successful clinical outcomes in thoracoscopic scoliosis surgery.