Methodology for registration of distended rectums in pelvic CT studies

Purpose: Accurate delineation of the rectum is of high importance in off-line adaptive radiation therapy since it is a major dose-limiting organ in prostate cancer radiotherapy. The intensity-based deformable image registration (DIR) methods cannot create a correct spatial transformation if there is no correspondence between the template and the target images. The variation of rectal filling, gas, or feces, creates a noncorrespondence in image intensities that becomes a great obstacle for intensity-based DIR. Methods: In this study the authors have designed and implemented a semiautomatic method to create a rectum mask in pelvic computed tomography (CT) images. The method, that includes a DIR based on the demons algorithm, has been tested in 13 prostate cancer cases, each comprising of two CT scans, for a total of 26 CT scans. Results: The use of the manual segmentation in the planning image and the proposed rectum mask method (RMM) method in the daily image leads to an improvement in the DIR performance in pelvic CT images, obtaining a mean value of overlap volume index = 0.89, close to the values obtained using the manual segmentations in both images. Conclusions: The application of the RMM method in the daily image and the manual segmentations in the planning image during prostate cancer treatments increases the performance of the registration in presence of rectal fillings, obtaining very good agreement with a physician's manual contours.

Biodiversity of Costa Rican salamanders: Implications of high levels of genetic differentiation and phylogeographic structure for species formation

Although salamanders are characteristic amphibians in Holarctic temperate habitats, in tropical regions they have diversified evolutionarily only in tropical America. An adaptive radiation centered in Middle America occurred late in the history of a single clade, the supergenus Bolitoglossa (Plethodontidae), and large numbers of species now occur in diverse habitats. Sublineages within this clade decrease in number from the northern to southern parts of Middle America, and in Costa Rica, there are but three. Despite this phylogenetic constraint, Costa Rica has many species; the number of salamander species on one local elevational transect in the Cordillera de Talamanca may be the largest for any such transect in the world. Extraordinary variation in sequences of the mitochondrial gene cytochrome b within a clade of the genus Bolitoglossa in Costa Rica reveals strong phylogeographic structure within a single species, Bolitoglossa pesrubra. Allozymic variation in 19 proteins reveals a pattern largely concordant with the mitochondrial DNA phylogeography. More species exist than are currently recognized. Diversification occurs in restricted geographic areas and involves sharp geographic and elevational differentiation and zonation. In their degree of genetic differentiation at a local scale, these species of the deep tropics exceed the known variation of extratropical salamanders, which also differ in being less restricted in elevational range. Salamanders display “tropicality” in that although speciose, they are usually local in distribution and rare. They display strong ecological and physiological differentiation that may contribute importantly to morphological divergence and species formation.

Parallel evolution of sexual isolation in sticklebacks

Mechanisms of speciation are not well understood, despite decades of study. Recent work has focused on how natural and sexual selection cause sexual isolation. Here, we investigate the roles of divergent natural and sexual selection in the evolution of sexual isolation between sympatric species of threespine sticklebacks. We test the importance of morphological and behavioral traits in conferring sexual isolation and examine to what extent these traits have diverged in parallel between multiple, independently evolved species pairs. We use the patterns of evolution in ecological and mating traits to infer the likely nature of selection on sexual isolation. Strong parallel evolution implicates ecologically based divergent natural and/or sexual selection, whereas arbitrary directionality implicates nonecological sexual selection or drift. In multiple pairs we find that sexual isolation arises in the same way: assortative mating on body size and asymmetric isolation due to male nuptial color. Body size and color have diverged in a strongly parallel manner, similar to ecological traits. The data implicate ecologically based divergent natural and sexual selection as engines of speciation in this group.

Systématique évolutive et biogéographie de Angraecum (Orchidaceae, Angraecinae) à Madagascar

Le genre Angraecum est un groupe d’orchidées tropicales qui compte environ 221 espèces réparties en Afrique subsaharienne, dans l’ouest de l’Océan Indien, et au Sri Lanka. Plus de la moitié des espèces se trouvent à Madagascar, dont au moins 90% sont endémiques à l’île. L’étude systématique et taxonomique du genre Angraecum a toujours été problématique à cause de sa grande diversité morphologique. Pour faciliter la classification, des sections ont été établies dont la plus connue est celle de Garay (1973), qui regroupe les espèces sous 19 sections. Plusieurs analyses phylogénétiques avaient montré que le genre Angraecum et les sections de Garay ne sont pas monophylétiques. Cependant, aucune révision systématique n’a été apportée à cause du faible échantillonnage dans ces analyses. En incorporant un plus grand nombre d'espèces et en ajoutant d’autres caractères morphologiques dans l’analyse, nous avons apporté une plus grande résolution à la reconstruction phylogénétique du groupe. Cette résolution concerne surtout les nœuds plus profonds qui représentent les différents clades à l’intérieur d'Angraecum, qui correspondent à des sections naturelles. A partir de ces clades, nous avons redéfini 14 sections monophylétiques toute en reconnaissant cinq nouvelles. Grâce à cette nouvelle phylogénie d'Angraecum, nous avons pu étudier la diversification du genre et de la sous-tribu Angraecinae en utilisant des méthodes macroévolutives, notamment les roles joués par les traits floraux dans la spéciation, tout en l'interprétant grâce aux histoires géologique et paléoclimatique. Le modèle de diversification chez les Angraecinae semble avoir été celui communément rencontré dans les forêts tropicales humides, c’est-à-dire une diversification par accumulation graduelle d’espèces à travers le temps et non pas une radiation adaptative rapide, comme souvent observée chez des lignées animales malgaches. Plusieurs caractères morphologiques jouent un rôle important dans la diversification des espèces d'Angraecum. Le début de la diversification d'Angraecum à Madagascar coïncide avec le mouvement progressif de l’île vers le nord, l’établissement de la mousson dans la partie nord de l’île durant le Miocène, et l’expansion de la forêt tropicale malgache pendant cette période. Notre étude de l’histoire biogéographique des Angraecinae suggère une origine malgache de la sous-tribu et du genre Angraecum. On observe de la dispersion à longue distance à partir de Madagascar vers le reste du monde dans le genre Angraecum. La forêt tropicale humide du Nord Est de Madagascar est le point de départ de la diversification des espèces d'Angraecum. Le premier événement de dispersion a débuté à l’intérieur de l’île vers la fin du Miocène. Cet évènement est marqué par une migration du Nord Est vers le centre de Madagascar. Par ailleurs, la majorité des événements de dispersion à longue distance se sont produits durant le Pliocène-Pléistocène à partir soit du centre, soit du Nord Est de l'île. On assiste à des migrations indépendantes vers l’Afrique de l’est et les Comores d’une part, et vers les Mascareignes d’autre part. Un seul événement fondateur ayant conduit à l’apparition de la section Hadrangis est observé dans les Mascareignes. La saison cyclonique joue un rôle significatif dans la dispersion à longue distance des graines d’orchidées, comparée aux vents dominants qui soufflent dans la région ouest de l’Océan Indien, notamment l’alizé et la mousson. La similarité des niches écologiques a facilité l’expansion des espèces d'Angraecum dans les Comores et les Mascareignes.

Systématique évolutive et biogéographie de Angraecum (Orchidaceae, Angraecinae) à Madagascar

Le genre Angraecum est un groupe d’orchidées tropicales qui compte environ 221 espèces réparties en Afrique subsaharienne, dans l’ouest de l’Océan Indien, et au Sri Lanka. Plus de la moitié des espèces se trouvent à Madagascar, dont au moins 90% sont endémiques à l’île. L’étude systématique et taxonomique du genre Angraecum a toujours été problématique à cause de sa grande diversité morphologique. Pour faciliter la classification, des sections ont été établies dont la plus connue est celle de Garay (1973), qui regroupe les espèces sous 19 sections. Plusieurs analyses phylogénétiques avaient montré que le genre Angraecum et les sections de Garay ne sont pas monophylétiques. Cependant, aucune révision systématique n’a été apportée à cause du faible échantillonnage dans ces analyses. En incorporant un plus grand nombre d'espèces et en ajoutant d’autres caractères morphologiques dans l’analyse, nous avons apporté une plus grande résolution à la reconstruction phylogénétique du groupe. Cette résolution concerne surtout les nœuds plus profonds qui représentent les différents clades à l’intérieur d'Angraecum, qui correspondent à des sections naturelles. A partir de ces clades, nous avons redéfini 14 sections monophylétiques toute en reconnaissant cinq nouvelles. Grâce à cette nouvelle phylogénie d'Angraecum, nous avons pu étudier la diversification du genre et de la sous-tribu Angraecinae en utilisant des méthodes macroévolutives, notamment les roles joués par les traits floraux dans la spéciation, tout en l'interprétant grâce aux histoires géologique et paléoclimatique. Le modèle de diversification chez les Angraecinae semble avoir été celui communément rencontré dans les forêts tropicales humides, c’est-à-dire une diversification par accumulation graduelle d’espèces à travers le temps et non pas une radiation adaptative rapide, comme souvent observée chez des lignées animales malgaches. Plusieurs caractères morphologiques jouent un rôle important dans la diversification des espèces d'Angraecum. Le début de la diversification d'Angraecum à Madagascar coïncide avec le mouvement progressif de l’île vers le nord, l’établissement de la mousson dans la partie nord de l’île durant le Miocène, et l’expansion de la forêt tropicale malgache pendant cette période. Notre étude de l’histoire biogéographique des Angraecinae suggère une origine malgache de la sous-tribu et du genre Angraecum. On observe de la dispersion à longue distance à partir de Madagascar vers le reste du monde dans le genre Angraecum. La forêt tropicale humide du Nord Est de Madagascar est le point de départ de la diversification des espèces d'Angraecum. Le premier événement de dispersion a débuté à l’intérieur de l’île vers la fin du Miocène. Cet évènement est marqué par une migration du Nord Est vers le centre de Madagascar. Par ailleurs, la majorité des événements de dispersion à longue distance se sont produits durant le Pliocène-Pléistocène à partir soit du centre, soit du Nord Est de l'île. On assiste à des migrations indépendantes vers l’Afrique de l’est et les Comores d’une part, et vers les Mascareignes d’autre part. Un seul événement fondateur ayant conduit à l’apparition de la section Hadrangis est observé dans les Mascareignes. La saison cyclonique joue un rôle significatif dans la dispersion à longue distance des graines d’orchidées, comparée aux vents dominants qui soufflent dans la région ouest de l’Océan Indien, notamment l’alizé et la mousson. La similarité des niches écologiques a facilité l’expansion des espèces d'Angraecum dans les Comores et les Mascareignes.

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.

MDCT arthrography of the hip: value of the adaptive statistical iterative reconstruction technique and potential for radiation dose reduction.

OBJECTIVE: The purpose of this article is to assess the effect of the adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) technique on image quality in hip MDCT arthrography and to evaluate its potential for reducing radiation dose. SUBJECTS AND METHODS: Thirty-seven patients examined with hip MDCT arthrography were prospectively randomized into three different protocols: one with a regular dose (volume CT dose index [CTDIvol], 38.4 mGy) and two with a reduced dose (CTDIvol, 24.6 or 15.4 mGy). Images were reconstructed using filtered back projection (FBP) and four increasing percentages of ASIR (30%, 50%, 70%, and 90%). Image noise and contrast-to-noise ratio (CNR) were measured. Two musculoskeletal radiologists independently evaluated several anatomic structures and image quality parameters using a 4-point scale. They also jointly assessed acetabular labrum tears and articular cartilage lesions. RESULTS: With decreasing radiation dose level, image noise statistically significantly increased (p=0.0009) and CNR statistically significantly decreased (p=0.001). We also found a statistically significant reduction in noise (p=0.0001) and increase in CNR (p≤0.003) with increasing percentage of ASIR; in addition, we noted statistically significant increases in image quality scores for the labrum and cartilage, subchondral bone, overall diagnostic quality (up to 50% ASIR), and subjective noise (p≤0.04), and statistically significant reductions for the trabecular bone and muscles (p≤0.03). Regardless of the radiation dose level, there were no statistically significant differences in the detection and characterization of labral tears (n=24; p=1) and cartilage lesions (n=40; p≥0.89) depending on the ASIR percentage. CONCLUSION: The use of up to 50% ASIR in hip MDCT arthrography helps to reduce radiation dose by approximately 35-60%, while maintaining diagnostic image quality comparable to that of a regular-dose protocol using FBP.

Adaptive statistical iterative reconstruction reduces patient radiation dose in neuroradiology CT studies.

INTRODUCTION: Adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) can decrease image noise, thereby generating CT images of comparable diagnostic quality with less radiation. The purpose of this study is to quantify the effect of systematic use of ASIR versus filtered back projection (FBP) for neuroradiology CT protocols on patients' radiation dose and image quality. METHODS: We evaluated the effect of ASIR on six types of neuroradiologic CT studies: adult and pediatric unenhanced head CT, adult cervical spine CT, adult cervical and intracranial CT angiography, adult soft tissue neck CT with contrast, and adult lumbar spine CT. For each type of CT study, two groups of 100 consecutive studies were retrospectively reviewed: 100 studies performed with FBP and 100 studies performed with ASIR/FBP blending factor of 40 %/60 % with appropriate noise indices. The weighted volume CT dose index (CTDIvol), dose-length product (DLP) and noise were recorded. Each study was also reviewed for image quality by two reviewers. Continuous and categorical variables were compared by t test and free permutation test, respectively. RESULTS: For adult unenhanced brain CT, CT cervical myelography, cervical and intracranial CT angiography and lumbar spine CT both CTDIvol and DLP were lowered by up to 10.9 % (p < 0.001), 17.9 % (p = 0.005), 20.9 % (p < 0.001), and 21.7 % (p = 0.001), respectively, by using ASIR compared with FBP alone. Image quality and noise were similar for both FBP and ASIR. CONCLUSION: We recommend routine use of iterative reconstruction for neuroradiology CT examinations because this approach affords a significant dose reduction while preserving image quality.

An adaptive solar radiation numerical model

[EN]A numerical model for the evaluation of solar radiation in different locations is presented. The solar radiation model is implemented taking into account the terrain surface using two-dimensional adaptive meshes of triangles that are constructed using a refinement/derefinement procedure in accordance with the variations of terrain surface and albedo. The selected methodology defines the terrain characteristics with a minimum number of points so that the computational cost is reduced for a given accuracy. The model can be used in atmospheric sciences as well as in other fields such as electrical engineering, since it allows the user to find the optimal location for maximum power generation in photovoltaic or solar thermal power plants...

Low-tube-voltage, high-tube-current multidetector abdominal CT: improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm--initial clinical experience

To investigate whether an adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) algorithm improves the image quality at low-tube-voltage (80-kVp), high-tube-current (675-mA) multidetector abdominal computed tomography (CT) during the late hepatic arterial phase.

Goal-oriented self-adaptive hp-strategies for finite element analysis of electromagnetic scattering and radiation problems

In this paper, a fully automatic goal-oriented hp-adaptive finite element strategy for open region electromagnetic problems (radiation and scattering) is presented. The methodology leads to exponential rates of convergence in terms of an upper bound of an user-prescribed quantity of interest. Thus, the adaptivity may be guided to provide an optimal error, not globally for the field in the whole finite element domain, but for specific parameters of engineering interest. For instance, the error on the numerical computation of the S-parameters of an antenna array, the field radiated by an antenna, or the Radar Cross Section on given directions, can be minimized. The efficiency of the approach is illustrated with several numerical simulations with two dimensional problem domains. Results include the comparison with the previously developed energy-norm based hp-adaptivity.

High-accuracy adaptive simulations of a Petri dish exposed to electromagnetic radiation

This paper analyses numerically the electric field distribution of a liquid contained in a Petri dish when exposed to electromagnetic waves excited in a rectangular waveguide. Solutions exhibit high-gradients due to the presence of the dielectric liquid contained in the dish. Furthermore, electromagnetic fields within the dielectric have a dramatically lower value than on the remaining part of the domain, which difficults its simulation. Additionally, various singularities of different intensity appear along the boundary of the Petri dish. To properly reproduce and numerically study those effects, we employ a highly-accurate hp-adaptive finite element method. Results of this study demonstrate that the electric field generated within the circular Petri dish is non-homogeneous, and thus, a better shape, size, or location of the dish is needed to achieve an equally distributed radiation enabling the uniform growth of cell cultives.

Photoprotective effect of Pothomorphe umbellata on UVB radiation-induced biomarkers involved in carcinogenesis of hairless mouse epidermis

In this study we assessed the protective effect of topical application of Pothomorphe umbellata extract on ultraviolet B (UVB)-induced skin lesion parameters in hairless mouse epidermis. A single dose of UVB irradiation (0.23 kJ/m(2)) resulted in a significant decrease in thymine dimer-positive cells and apoptotic sunburn cells, with an increase in p53 and proliferating cell nuclear antigen-positive cells in the epidermis. After 5 weeks (total dose 13.17 kJ/m(2)) and 15 weeks (total dose 55.51 kJ/m(2)) of irradiation, P. umbellata treatment inhibited the hyperplasic response and induced an increase in p53-positive cells. These findings suggest that P. umbellata extract affords protection against UVB-induced skin lesions.