Ultra-high Field (7 T) MRI and a Novel Robust Segmentation of Thalamic Nuclei on DWI for Gamma Knife Surgery Purposes: The Targeting of the Ventrointermediate Nucleus

Introduction: Gamma Knife surgery (GKS) is a noninvasive neurosurgical stereotactic procedure, increasingly used as an alternative to open functional procedures. This includes the targeting of the ventrointermediate nucleus of the thalamus (e.g., Vim) for tremor. Objective: To enhance anatomic imaging for Vim GKS using high-field (7 T) MRI and Diffusion Weighted Imaging (DWI). Methods: Five young healthy subjects and two patients were scanned both on 3 and 7 T MRI. The protocol was the same in all cases, and included: T1-weighted (T1w) and DWI at 3T; susceptibility weighted images (SWI) at 7T for the visualization of thalamic subparts. SWI was further integrated into the Gamma Plan Software® (LGP, Elekta Instruments, AB, Sweden) and co-registered with 3T images. A simulation of targeting of the Vim was done using the quadrilatere of Guyot. Furthermore, a correlation with the position of the found target on SWI and also on DWI (after clustering of the different thalamic nuclei) was performed. Results: For the 5 healthy subjects, there was a good correlation between the position of the Vim on SWI, DWI and the GKS targeting. For the patients, on the pretherapeutic acquisitions, SWI helped in positioning the target. For posttherapeutic sequences, SWI supposed position of the Vim matched the corresponding contrast enhancement seen at follow-up MRI. Additionally, on the patient's follow-up T1w images, we could observe a small area of contrast-enhancement corresponding to the target used in GKS (e.g., Vim), which belongs to the Ventral-Lateral-Ventral (VLV) nuclei group. Our clustering method resulted in seven thalamic groups. Conclusion: The use of SWI provided us with a superior resolution and an improved image contrast within the central gray matter, enabling us to directly visualize the Vim. We additionally propose a novel robust method for segmenting the thalamus in seven anatomical groups based on DWI. The localization of the GKS target on the follow-up T1w images, as well as the position of the Vim on 7 T, have been used as a gold standard for the validation of VLV cluster's emplacement. The contrast enhancement corresponding to the targeted area was always localized inside the expected cluster, providing strong evidence of the VLV segmentation accuracy. The anatomical correlation between the direct visualization on 7T and the current targeting methods on 3T (e.g., quadrilatere of Guyot, histological atlases, DWI) seems to show a very good anatomical matching.

Fat Suppression with Dixon Techniques in Musculoskeletal Magnetic Resonance Imaging: A Pictorial Review.

Dixon techniques are part of the methods used to suppress the signal of fat in MRI. They present many advantages compared with other fat suppression techniques including (1) the robustness of fat signal suppression, (2) the possibility to combine these techniques with all types of sequences (gradient echo, spin echo) and different weightings (T1-, T2-, proton density-, intermediate-weighted sequences), and (3) the availability of images both with and without fat suppression from one single acquisition. These advantages have opened many applications in musculoskeletal imaging. We first review the technical aspects of Dixon techniques including their advantages and disadvantages. We then illustrate their applications for the imaging of different body parts, as well as for tumors, neuromuscular disorders, and the imaging of metallic hardware.

Optimization of Radiation Dose and Image Quality in Musculoskeletal CT: Emphasis on Iterative Reconstruction Techniques (Part 2).

Computed tomography (CT) is a modality of choice for the study of the musculoskeletal system for various indications including the study of bone, calcifications, internal derangements of joints (with CT arthrography), as well as periprosthetic complications. However, CT remains intrinsically limited by the fact that it exposes patients to ionizing radiation. Scanning protocols need to be optimized to achieve diagnostic image quality at the lowest radiation dose possible. In this optimization process, the radiologist needs to be familiar with the parameters used to quantify radiation dose and image quality. CT imaging of the musculoskeletal system has certain specificities including the focus on high-contrast objects (i.e., in CT of bone or CT arthrography). These characteristics need to be taken into account when defining a strategy to optimize dose and when choosing the best combination of scanning parameters. In the first part of this review, we present the parameters used for the evaluation and quantification of radiation dose and image quality. In the second part, we discuss different strategies to optimize radiation dose and image quality of CT, with a focus on the musculoskeletal system and the use of novel iterative reconstruction techniques.

Use of drama techniques as a methodology to teach english in infant education by teachers in Catalonia

L’aprenentatge de la llengua anglesa com a llengua estrangera és una oportunitat que cada vegada més escoles de Catalunya presenten a l’etapa d’educació Infantil. La metodologia utilitzada per introduir aquesta llengua és variada en cada cas. Aquesta recerca es centra en l’estudi de l’ús de tècniques dramàtiques com a metodologia per ensenyar anglès a infantil. A partir d’un qüestionari contestat per 129 professors d’anglès de Catalunya s’ha analitzat la percepció que tenen sobre les tècniques dramàtiques i la seva utilització. Els resultats mostren una manca de coneixement general sobre la metodologia.

Automatic Brain Extraction in Fetal MRI using Multi-Atlas-based Segmentation

In fetal brain MRI, most of the high-resolution reconstruction algorithms rely on brain segmentation as a preprocessing step. Manual brain segmentation is however highly time-consuming and therefore not a realistic solution. In this work, we assess on a large dataset the performance of Multiple Atlas Fusion (MAF) strategies to automatically address this problem. Firstly, we show that MAF significantly increase the accuracy of brain segmentation as regards single-atlas strategy. Secondly, we show that MAF compares favorably with the most recent approach (Dice above 0.90). Finally, we show that MAF could in turn provide an enhancement in terms of reconstruction quality.

Multidetector-row computed tomography in the preoperative diagnosis of intestinal complications caused by clinically unsuspected ingested dietary foreign bodies: a case series emphasizing the use of volume rendering techniques

Objective The present study was aimed at describing a case series where a preoperative diagnosis of intestinal complications secondary to accidentally ingested dietary foreign bodies was made by multidetector-row computed tomography (MDCT), with emphasis on complementary findings yielded by volume rendering techniques (VRT) and curved multiplanar reconstructions (MPR). Materials and Methods The authors retrospectively assessed five patients with surgically confirmed intestinal complications (perforation and /or obstruction) secondary to unsuspected ingested dietary foreign bodies, consecutively assisted in their institution between 2010 and 2012. Demographic, clinical, laboratory and radiological data were analyzed. VRT and curved MPR were subsequently performed. Results Preoperative diagnosis of intestinal complications was originally performed in all cases. In one case the presence of a foreign body was not initially identified as the causal factor, and the use of complementary techniques facilitated its retrospective identification. In all cases these tools allowed a better depiction of the entire foreign bodies on a single image section, contributing to the assessment of their morphology. Conclusion Although the use of complementary techniques has not had a direct impact on diagnostic performance in most cases of this series, they may provide a better depiction of foreign bodies' morphology on a single image section.

Redox dysregulation in schizophrenia : effect on myelination of cortical structures and connectivity

Cette thèse traite du rôle qu'un facteur de risque génétique développé chez les patients souffrant de schizophrénie, à savoir un déficit de la synthèse du glutathion, peut jouer dans les anomalies de la connectivité cérébrale trouvées chez ces patients. L'essentiel du travail a été consacré à évaluer la structure de la substance blanche dans l'ensemble du cerveau chez un modèle animal par une méthode similaire à celle utilisée en recherche clinique avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette approche de translation inverse chez la souris knock-out de glutamate-cystéine ligase modulateur sous-unité (Gclm KO), avait l'objectif d'étudier l'effet des défenses redox déficientes sur le développement des connexions cérébrales, tout en excluant celui des facteurs non liés au génotype. Après avoir établi le protocole de recherche, l'influence d'une manipulation environnementale a également été étudiée. Pour effectuer une analyse statistique fiable des données d'IRM obtenues, nous .avons d'abord créé un atlas du cerveau de la souris afin de l'utiliser comme modèle pour une segmentation précise des différentes régions du cerveau sur les images IRM obtenues in vivo. Les données provenant de chaque région d'intérêt ont ensuite été étudiées séparément. La qualité de cette méthode a été évaluée dans une expérience de simulation pour déduire la puissance statistique réalisable dans chaque région en fonction du nombre d'animaux utilisés. Ces outils d'analyse nous ont permis d'évaluer l'intégrité de la substance blanche dans le cerveau des souris durant le développement grâce à une expérience longitudinale, en utilisant l'imagerie du tenseur de diffusion (DTI). Nous avons ainsi observé des anomalies dans les paramètres dérivés du tenseur (diffusivité et anisotropie) dans la Commissure Antérieure et le Fimbria/Fornix des souris Gclm KO, par rapport aux animaux contrôles. Ces résultats suggèrent une substance blanche endommagée dans ces régions. Dans une expérience électrophysiologique, Pascal Steullet a montré que ces anomalies ont des conséquences fonctionnelles caractérisées par une réduction de la vitesse de conduction dans les fibres nerveuses. Ces données renforcent les conclusions des analyses d'imagerie. Le mécanisme par lequel une dérégulation redox affecte la structure de la substance blanche reste encore à définir, car une analyse immunohistochimique des protéines constituantes de la couche de myéline des fibres concernées n'a pas donné de résultats concluants. Nous avons également constaté un élargissement des ventricules dans les jeunes souris Gclm KO, mais pas chez les adultes et des anomalies neurochimiques déjà connues chez ces animaux (Duarte et al. 2011), à savoir une réduction du Glutathion et une augmentation de l'acide N-acétylaspartique, de l'Alanine et du ratio Glutamine/Glutamate. Nous avons ensuite testé l'effet d'un stress environnemental supplémentaire, l'élevage en isolement social, sur le phénotype. Ce stress n'a eu aucun effet sur la structure de la substance blanche évaluée par DTI, mais a réduit la concentration de myo-Inositol et augmenté le ratio de Glutamine/Glutamate dans le cortex frontal. Nous avons aussi reproduit dans ce groupe indépendant d'animaux les effets du génotype sur le profil neurochimique, sur la taille des ventricules et aussi sur les paramètres dérivés du tenseur de diffusion dans le Fimbria/Fornix, mais pas dans la Commissure Antérieure. Nos résultats montrent qu'une dérégulation redox d'origine génétique perturbe la structure et la fonction de la substance blanche dans des régions spécifiques, causant ainsi l'élargissement des ventricules. Ces phénotypes rassemblent certaines caractéristiques neuro-anatomiques de la schizophrénie, mais les mécanismes qui en sont responsables demeurent encore inconnus. L'isolement social n'a pas d'effet sur la structure de la substance blanche évaluée par DTI, alors qu'il est prouvé qu'il affecte la maturation des oligodendrocytes. La neurochimie corticale et en particulier le rapport Glutamine/Glutamate a été affecté par le dérèglement redox ainsi que par l'isolement social. En conséquence, ce ratio représente un indice prometteur dans la recherche sur l'interaction du stress environnemental avec le déséquilibre redox dans le domaine de la schizophrénie. -- The present doctoral thesis is concerned with the role that a genetic risk factor for the development of schizophrenia, namely a deficit in Glutathione synthesis, may play in the anomalies of brain connectivity found in patients. Most of the effort was devoted to perform a whole-brain assessment of white matter structure in the Glutamate-Cysteine ligase modulatory knockout mouse model (Gclm KO) using Magnetic Resonance Imaging (MRI) techniques similar to those used in state-of-the-art clinical research. Such reverse translational approach taking brain imaging from the bedside to the bench aimed to investigate the role that deficient redox defenses may play in the development of brain connections while excluding all influencing factors beside the genotype. After establishing the protocol, the influence of further environmental manipulations was also studied. Analysis of MRI images acquired in vivo was one of the main challenges of the project. Our strategy consisted in creating an atlas of the mouse brain to use as segmentation guide and then analyze the data from each region of interest separately. The quality of the method was assessed in a simulation experiment by calculating the statistical power achievable in each brain region at different sample sizes. This analysis tool enabled us to assess white matter integrity in the mouse brain along development in a longitudinal experiment using Diffusion Tensor Imaging (DTI). We discovered anomalies in diffusivity parameters derived from the tensor in the Anterior Commissure and Fimbria/Fornix of Gclm KO mice when compared to wild-type animals, which suggest that the structure of these tracts is compromised in the KO mice. In an elegant electrophysiological experiment, Pascal Steullet has provided evidence that these anomalies have functional consequences in form of reduced conduction velocity in the concerned tracts, thus supporting the DTI findings. The mechanism by which redox dysregulation affects WM structure remains unknown, for the immunohistochemical analysis of myelin constituent proteins in the concerned tracts produced inconclusive results. Our experiments also detected an enlargement of the lateral ventricles in young but not adult Gclm KO mice and confirmed neurochemical anomalies already known to affect this animals (Duarte et al. 2011), namely a reduction in Glutathione and an increase in Glutamine/Glutamate ratio, N-acetylaspartate and Alanine. Using the same methods, we tested the effect of an additional environmental stress on the observed phenotype: rearing in social isolation had no effect on white matter structure as assessed by DTI, but it reduced the concentration of myo-Inositol and increased the Glutamine/Glutamate ratio in the frontal cortex. We could also replicate in this separate group of animals the effects of genotype on the frontal neurochemical profile, ventricular size and diffusivity parameters in the Fimbria/Fornix but not in the Anterior Commissure. Our data show that a redox dysregulation of genetic origin may disrupt white matter structure and function in specific tracts and cause a ventricular enlargement, phenotypes that resemble some neuroanatomical features of schizophrenia. The mechanism responsible remains however unknown. We have also demonstrated that environmental stress in form of social isolation does not affect white matter structure as assessed by DTI even though it is known to affect oligodendrocyte maturation. Cortical neurochemistry, and specifically the Glutamine to Glutamate balance was affected both by redox dysregulation and social isolation, and is thus a good target for further research on the interaction of redox imbalance and environmental stress in schizophrenia.

Le reflux gastro-oesophagien de l'enfant: indications chirurgicales, techniques et suivi.

Contexte: Présent sous forme physiologique chez environ 60% des nourrissons normaux de moins de quatre mois, le reflux gastro-oesophagien (RGO) n'est symptomatique que chez 10% d'entre eux. Il est également plus fréquent chez les enfants atteints de troubles neurologiques quelque soit leur âge. Non traité, il peut avoir des conséquences graves (oesophagite, sténose peptique, endobrachyoesophage (Barrett) puis adénocarcinome de l'oesophage). Il s'agit donc d'un problème qu'il faut savoir détecter et traiter précocement. Les signes et symptômes du RGO sont multiples et varient en fonction de l'âge. Ils ne se limitent pas au seul vomissement. Le traitement initial du RGO chez l'enfant est médical. En cas d'échec de celui-ci ou dans certaines indications (comme les RGO récidivants, les malformations congénitales, les anomalies morphologiques ou les pathologies neurologiques) un traitement chirurgical est nécessaire. L'évolution des traitements conservateurs et des techniques chirurgicales lors de ces dernières années en font un bon sujet pour une étude rétrospective. Objectif: Le but de cette étude est de mettre en évidence dans une population d'enfants ayant bénéficié d'une cure chirurgicale anti-reflux la fréquence relative des symptômes selon la pathologie initiale de l'enfant, puis de préciser le choix de traitement et sa durée. Nous analyserons également les risques d'échec qui s'y rapportent. Ces conclusions devraient nous permettre de proposer un algorithme décisionnel de prise en charge du RGO de l'enfant en pré et post-opératoire. Méthodologie: Étude rétrospective sur 9 ans se basant sur les dossiers médicaux-chirurgicaux de 132 enfants opérés d'un reflux gastro-oesophagien dans le Service de Chirurgie Pédiatrique du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) par le Professeur Olivier Reinberg et son équipe entre le 1er janvier 2003 et le 31 décembre 2012. Résultats: Sur les 132 enfants, 93 ont bénéficié d'une fundoplicature selon Toupet, 34 selon Nissen et 5 selon Dor. 57% des enfants présentant un déficit neurologique ont été opérés selon la technique de Nissen contre 7% des enfants "sains". Les taux de démontage et de récidive sont respectivement 5.4% et 3.5 % pour la technique selon Toupet et 2.9% et 0% pour la technique de Nissen. Le taux de démontage global de la fundoplicature est de 4.6% (N=6) Conclusions: La fundoplicature est une méthode de choix pour les enfants chez qui tous les autres traitements ont échoué ou chez qui la présence concomitante du RGO et des comorbidités est délétère à une croissance harmonieuse. Grâce à la chirurgie, la qualité de vie d'au moins 95% des enfants est grandement améliorée après la disparition de symptômes quotidiens et qui peuvent donner lieu à des complications graves.

Microcalcification evaluation in computer assisted diagnosis for digital mammography

In order to develop applications for z;isual interpretation of medical images, the early detection and evaluation of microcalcifications in digital mammograms is verg important since their presence is oftenassociated with a high incidence of breast cancers. Accurate classification into benign and malignant groups would help improve diagnostic sensitivity as well as reduce the number of unnecessa y biopsies. The challenge here is the selection of the useful features to distinguish benign from malignant micro calcifications. Our purpose in this work is to analyse a microcalcification evaluation method based on a set of shapebased features extracted from the digitised mammography. The segmentation of the microcalcificationsis performed using a fixed-tolerance region growing method to extract boundaries of calcifications with manually selected seed pixels. Taking into account that shapes and sizes of clustered microcalcificationshave been associated with a high risk of carcinoma based on digerent subjective measures, such as whether or not the calcifications are irregular, linear, vermiform, branched, rounded or ring like, our efforts were addressed to obtain a feature set related to the shape. The identification of the pammeters concerning the malignant character of the microcalcifications was performed on a set of 146 mammograms with their real diagnosis known in advance from biopsies. This allowed identifying the following shape-based parameters as the relevant ones: Number of clusters, Number of holes, Area, Feret elongation, Roughness, and Elongation. Further experiments on a set of 70 new mammogmms showed that the performance of the classification scheme is close to the mean performance of three expert radiologists, which allows to consider the proposed method for assisting the diagnosis and encourages to continue the investigation in the senseof adding new features not only related to the shape