Detection of acute cerebral hemorrhage in rabbits by magnetic induction

Acute cerebral hemorrhage (ACH) is an important clinical problem that is often monitored and studied with expensive devices such as computed tomography, magnetic resonance imaging, and positron emission tomography. These devices are not readily available in economically underdeveloped regions of the world, emergency departments, and emergency zones. We have developed a less expensive tool for non-contact monitoring of ACH. The system measures the magnetic induction phase shift (MIPS) between the electromagnetic signals on two coils. ACH was induced in 6 experimental rabbits and edema was induced in 4 control rabbits by stereotactic methods, and their intracranial pressure and heart rate were monitored for 1 h. Signals were continuously monitored for up to 1 h at an exciting frequency of 10.7 MHz. Autologous blood was administered to the experimental group, and saline to the control group (1 to 3 mL) by injection of 1-mL every 5 min. The results showed a significant increase in MIPS as a function of the injection volume, but the heart rate was stable. In the experimental (ACH) group, there was a statistically significant positive correlation of the intracranial pressure and MIPS. The change of MIPS was greater in the ACH group than in the control group. This high-sensitivity system could detect a 1-mL change in blood volume. The MIPS was significantly related to the intracranial pressure. This observation suggests that the method could be valuable for detecting early warning signs in emergency medicine and critical care units.

Novel Magnetic Materials Based on Macrocyclic Ligands: Towards High Relaxivity Contrast Agents and Mononuclear Single-Molecule Magnets

The preparation and characterization of coordination complexes of Schiff-base and crown ether macrocycles is presented, for application as contrast agents for magnetic resonance imaging, Project 1; and single-molecule magnets (SMMs), Projects 2 and 3. In Project 1, a family of eight Mn(II) and Gd(III) complexes of N3X2 (X = NH, O) and N3O3 Schiff-base macrocycles were synthesized, characterized, and evaluated as potential contrast agents for MRI. In vitro and in vivo (rodent) studies indicate that the studied complexes display efficient contrast behaviour, negligible toxicity, and rapid excretion. In Project 2, DyIII complexes of Schiff-base macrocycles were prepared with a view to developing a new family of mononuclear Ln-SMMs with pseudo-D5h geometries. Each complex displayed slow relaxation of magnetization, with magnetically-derived energy barriers in the range Ueff = 4 – 24 K. In Project 3, coordination complexes of selected later lanthanides with various crown ether ligands were synthesized. Two families of complexes were structurally and magnetically analyzed: ‘axial’ or sandwich-type complexes based on 12-crown-4 and 15-crown-5; and ‘equatorial’ complexes based on 18-crown-6. Magnetic data are supported by ab initio calculations and luminescence measurements. Significantly, the first mononuclear Ln-SMM prepared from a crown ether ligand is described.

Développement d’un système de spectroscopie infrarouge résolue temporellement pour la quantification des concentrations d’hémoglobine cérébrale

L’étude du cerveau humain est un domaine en plein essor et les techniques non-invasives de l’étudier sont très prometteuses. Afin de l’étudier de manière non-invasive, notre laboratoire utilise principalement l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et l’imagerie optique diffuse (IOD) continue pour mesurer et localiser l’activité cérébrale induite par une tâche visuelle, cognitive ou motrice. Le signal de ces deux techniques repose, entre autres, sur les concentrations d’hémoglobine cérébrale à cause du couplage qui existe entre l’activité neuronale et le flux sanguin local dans le cerveau. Pour être en mesure de comparer les deux signaux (et éventuellement calibrer le signal d’IRMf par l’IOD), où chaque signal est relatif à son propre niveau de base physiologique inconnu, une nouvelle technique ayant la capacité de mesurer le niveau de base physiologique est nécessaire. Cette nouvelle technique est l’IOD résolue temporellement qui permet d’estimer les concentrations d’hémoglobine cérébrale. Ce nouveau système permet donc de quantifier le niveau de base physiologique en termes de concentrations d’hémoglobine cérébrale absolue. L’objectif général de ma maîtrise était de développer un tel système afin de l’utiliser dans une large étude portant sur la condition cardiovasculaire, le vieillissement, la neuroimagerie ainsi que les performances cognitives. Il a fallu tout d’abord construire le système, le caractériser puis valider les résultats avant de pouvoir l’utiliser sur les sujets de recherche. La validation s’est premièrement réalisée sur des fantômes homogènes ainsi qu’hétérogènes (deux couches) qui ont été développés. La validation des concentrations d’hémoglobine cérébrale a été réalisée via une tâche cognitive et appuyée par les tests sanguins des sujets de recherche. Finalement, on présente les résultats obtenus dans une large étude employant le système d’IOD résolue temporellement en se concentrant sur les différences reliées au vieillissement.

Development of Techniques for the Automatic Extraction and Grade Detection of Glioma Tumors from Conventional Brain Magnetic Resonant Images

Cerebral glioma is the most prevalent primary brain tumor, which are classified broadly into low and high grades according to the degree of malignancy. High grade gliomas are highly malignant which possess a poor prognosis, and the patients survive less than eighteen months after diagnosis. Low grade gliomas are slow growing, least malignant and has better response to therapy. To date, histological grading is used as the standard technique for diagnosis, treatment planning and survival prediction. The main objective of this thesis is to propose novel methods for automatic extraction of low and high grade glioma and other brain tissues, grade detection techniques for glioma using conventional magnetic resonance imaging (MRI) modalities and 3D modelling of glioma from segmented tumor slices in order to assess the growth rate of tumors. Two new methods are developed for extracting tumor regions, of which the second method, named as Adaptive Gray level Algebraic set Segmentation Algorithm (AGASA) can also extract white matter and grey matter from T1 FLAIR an T2 weighted images. The methods were validated with manual Ground truth images, which showed promising results. The developed methods were compared with widely used Fuzzy c-means clustering technique and the robustness of the algorithm with respect to noise is also checked for different noise levels. Image texture can provide significant information on the (ab)normality of tissue, and this thesis expands this idea to tumour texture grading and detection. Based on the thresholds of discriminant first order and gray level cooccurrence matrix based second order statistical features three feature sets were formulated and a decision system was developed for grade detection of glioma from conventional T2 weighted MRI modality.The quantitative performance analysis using ROC curve showed 99.03% accuracy for distinguishing between advanced (aggressive) and early stage (non-aggressive) malignant glioma. The developed brain texture analysis techniques can improve the physician’s ability to detect and analyse pathologies leading to a more reliable diagnosis and treatment of disease. The segmented tumors were also used for volumetric modelling of tumors which can provide an idea of the growth rate of tumor; this can be used for assessing response to therapy and patient prognosis.

Efectos del consumo de cigarrillo en la presentación y severidad de la dismenorrea

Introducción: La dismenorrea se presenta como una patología cada vez más frecuente en mujeres de 16-30 años. Dentro de los factores asociados a su presentación, el consumo de tabaco ha revelado resultados contradictorios. El objetivo del presente estudio es explorar la asociación entre el consumo de cigarrillo y la presentación de dismenorrea, y determinar si los trastornos del ánimo y la depresión, alteran dicha asociación. Materiales y métodos: Se realizó un estudio de prevalencia analítica en mujeres de la Universidad del Rosario matriculadas en pregrado durante el primer semestre de 2013, para determinar la asociación entre el consumo de tabaco y la presentación de dismenorrea. En el estudio se tuvieron en cuenta variables tradicionalmente relacionadas con dismenorrea, incluyendo las variables ansiedad y depresión como potenciales variables de confusión. Los registros fueron analizados en el programa Estadístico IBM SPSS Statistics Versión 20.0. Resultados: Se realizaron 538 cuestionarios en total. La edad promedio fue 19.92±2.0 años. La prevalencia de dismenorrea se estimó en 89.3%, la prevalencia de tabaquismo 11.7%. No se encontró una asociación entre dismenorrea y tabaquismo (OR 3.197; IC95% 0.694-14.724). Dentro de las variables analizadas, la depresión y la ansiedad constituyen factores de riesgo independientes para la presentación de dismenorrea con una asociación estadísticamente significativa p=0.026 y p=0.024 respectivamente. El análisis multivariado encuentra como factor determinante en la presentación de dismenorrea, la interacción de depresión y ansiedad controlando por las variables tradicionales p<0.0001. Sin embargo, esta asociación se pierde cuando se analiza en la categoría de dismenorrea severa y gana relevancia el uso de métodos de anticoncepción diferentes a los hormonales, mientras que el hecho de haber iniciado la vida sexual presenta una tendencia limítrofe de riesgo. Conclusiones: No se puede demostrar que el tabaco es un factor asociado a la presentación de dismenorrea. Los trastornos del ánimo y la ansiedad constituyen factores determinantes a la presentación de dismenorrea independientemente de la presencia de otros concomitantes. Las variables de asociación se modifican cuando la variable dependiente se categoriza en su estado más severo. Se necesitan estudios más amplios y detallados para establecer dicha asociación.

Angiorresonancia versus angiografía por sustracción digital en el seguimiento de aneurismas intracraneales embolizados. Comparación del desempeño diagnóstico

Introducción: La DSA es el método de elección para el seguimiento de pacientes con aneurismas intracraneales embolizados; esta se puede asociar a complicaciones incapacitantes o mortales. La MRA se ha propuesto como método alternativo por menor costo y menos morbi-mortalidad, aunque su desempeño diagnóstico permanece en discusión debido al desarrollo de nuevos protocolos, resonadores más potentes y nuevas aplicaciones de la DSA. Metodología: Exploramos la literatura hasta la actualidad y comparamos el desempeño diagnóstico de la MRA con la DSA para detectar flujo residual posterior a la embolización terapéutica de aneurismas intracraneales. Realizamos una revisión sistemática de la literatura y meta-análisis basados en 34 artículos detectados en la búsqueda que incluyó las bases de datos PubMed, Scopus, ScIELO y BVS. Resultados: La TOF-MRA demostró sensibilidad de 86.8% (84.3%-89.1%) y especificidad de 91.2% (89%-93.1%); la SROC para TOF-MRA demostró un AUC de 0.95. El desempeño de la CE-MRA demostró sensibilidad de 88.1% (84.6%-91.1%) y especificidad de 89.1% (85.7%-91.9%); la SROC presentó una AUC de 0.93. El análisis estratificado por potencia del resonador encontró que la TOF-MRA tiene mejor desempeño con el resonador de 3T, aunque no es estadísticamente significativo. La concordancia interobservador con TOF-MRA y CE-MRA fue moderada a muy buena. Discusión: El desempeño diagnóstico de la MRA en el seguimiento de aneurismas intracraneales embolizados demostró ser bueno, con sensibilidad mayor a 84%, siendo ligeramente mejor con TOF-MRA, sin lograr reemplazar la DSA. Sin embargo, los resultados deben ser evaluados con precaución por la heterogeneidad de los resultados de los estudios incluidos. (Abreviaturas: DSA: Angiografía por Sustracción Digital; MRA: Angiografía por Resonancia Magnética; TOF-MRA: Angiorresonancia por Tiempo de Vuelo; CE-MRA: Angiorresonancia contrastada).

Caracterización de las variantes anatómicas de las venas pulmonares en pacientes candidatos a aislamiento de venas pulmonares en Colombia

Introducción y objetivos: El conocimiento de la anatomía de las venas pulmonares y de la aurícula izquierda es fundamental para la planeación y prevención de posibles complicaciones durante la ablación de las venas pulmonares, procedimiento realizado para el manejo de la fibrilación auricular. Este estudio pretende caracterizar la anatomía (tamaño y forma) de las venas pulmonares y determinar las variantes anatómicas más comunes de las mismas. Métodos: Se analizaron 277 estudios de angioresonancia tridimensional y tomografía computarizada realizados previo al procedimiento de aislamiento de venas pulmonares. Se evaluaron los diámetros de la aurícula izquierda, de los ostia de las venas pulmonares y se determinaron la presencia de venas pulmonares comunes, accesorias y ramificaciones tempranas. Resultados: 75% de nuestros pacientes presentaron la anatomía normal de dos venas pulmonares derechas y dos izquierdas. En un 10,1% de los casos se encontraron venas supernumerarias y en un 11,2% se encontró un tronco común. En un 61% de los pacientes se encontraron ramas ostiales, las cuales en un 39,4% de los casos se presentaron en la vena pulmonar inferior derecha. Conclusiones: La evaluación de la morfología de la aurícula derecha y las venas pulmonares por medio de angioresonancia o tomografía computarizada, es necesaria para la realización de ablación por radiofrecuencia dada la alta frecuencia de variantes anatómicas y presencia de ramas ostiales.

Percentiles de circunferencia de cintura en escolares de Bogotá, Colombia Estudio FUPRECOL

Objetivo: Determinar la distribución por percentiles de la circunferencia de cintura en una población escolar de Bogotá, Colombia, pertenecientes al estudio FUPRECOL. Métodos: Estudio transversal, realizado en 3.005 niños y 2.916 adolescentes de entre 9 y 17,9 años de edad, de Bogotá, Colombia. Se tomaron medidas de peso, talla, circunferencia de cintura, circunferencia de cadera y estado de maduración sexual por auto-reporte. Se calcularon los percentiles (P3, P10, P25, P50, P75, P90 y P97) y curvas centiles según sexo y edad. Se realizó una comparación entre los valores de la circunferencia de cintura observados con estándares internacionales. Resultados: De la población general (n=5.921), el 57,0% eran chicas (promedio de edad 12,7±2,3 años). En la mayoría de los grupos etáreos la circunferencia de cintura de las chicas fue inferior a la de los chicos. El aumento entre el P50-P97 de la circunferencia de cintura , por edad, fue mínimo de 15,7 cm en chicos de 9-9.9 años y de 16,0 cm en las chicas de 11-11.9 años. Al comparar los resultados de este estudio, por grupos de edad y sexo, con trabajos internacionales de niños y adolescentes, el P50 fue inferior al reportado en Perú e Inglaterra a excepción de los trabajos de la India, Venezuela (Mérida), Estados Unidos y España. Conclusiones: Se presentan percentiles de la circunferencia de cintura según edad y sexo que podrán ser usados de referencia en la evaluación del estado nutricional y en la predicción del riesgo cardiovascular desde edades tempranas.

Hallazgos radiológicos de la enfermedad pulmonar en pacientes Colombianos con esclerodermia

La esclerosis sistémica (ES) es una enfermedad autoinmune multisistémica que afecta principalmente la piel, los pulmones, el tracto gastrointestinal, el corazón y los riñones. La enfermedad pulmonar, presente en casi el 100% de los casos, es el factor con mayor influencia en la mortalidad. El propósito de este estudio es realizar un análisis detallado de la enfermedad pulmonar por tomografía computarizada de alta resolución(TCAR) en pacientes Colombianos con ES, para lo cual se realizó un estudio de prevalencia analítica en 44 pacientes con ES valorados en el Hospital Universitario Mayor Méderi en los últimos 7 años. Los resultados mostraron características demográficas y clínicas similares a las previamente descritas. La prevalencia de enfermedad pulmonar intersticial fue alta, y los hallazgos de fibrosis pulmonar como vidrio esmerilado y panal de abejas se asociaron con la presencia del autoanticuerpo antiSCL70. La medida del diámetro esofágico por TCAR fue mayor en los pacientes con disfagia, antiSCL 70 y linfopenia, los cuales son marcadores de mal pronóstico.

Trauma craneoencefálico severo en la UCIP del Hospital de la Misericordia, 2010-2013

El Trauma Craneoencefálico (TCE) infantil constituye un motivo frecuente de consulta en Urgencias y supone la primera causa de muerte en niños, llegando a ser hasta del 50% en trauma severo. En Colombia se conocen cifras de TCE por algunos estudios descriptivos, pero no existen reportes en Bogotá ni específicamente en TCE severo. Objetivo: Caracterizar el trauma craneoencefálico severo pediátrico en la Unidad de Cuidado intensivo del Hospital de la Misericordia entre los años 2010 y 2013. Materiales y métodos: Un estudio descriptivo retrospectivo fue realizado en el Hospital de la Misericordia mediante revisión de las historias clínicas de los pacientes que ingresaron a la Unidad de Cuidado Intensivo pediátrico con diagnóstico de trauma craneoencefálico severo entre el año 2010 al 2013. Resultados: Se incluyeron 63 pacientes (71,4% hombres) con una edad mediana de 4 años (RIQ 2-8). La mayoría de los traumas fueron originados por caída o accidente de tránsito (79,4%). La principal lesión fue fractura de cráneo (79%). Casi la mitad de los pacientes sufrieron algún tipo de secuela neurológica al egreso (47,1%). La mayoría de los pacientes que murieron (19%) sufrieron choque hipovolémico (83,3%) y presentaron trauma asociado (66,7%). Conclusión: Las características y epidemiología del trauma craneoencefálico en nuestra población muestran claras similitudes con lo reportados en otras series de la literatura mundial y de Colombia, excepto por la mortalidad, que se esperaba más alta al estudiar solo pacientes con TCE severo.

A time-invariant visco-elastic windkessel model relating blood flow and blood volume

The difference between the rate of change of cerebral blood volume (CBV) and cerebral blood flow (CBF) following stimulation is thought to be due to circumferential stress relaxation in veins (Mandeville, J.B., Marota, J.J.A., Ayata, C., Zaharchuk, G., Moskowitz, M.A., Rosen, B.R., Weisskoff, R.M., 1999. Evidence of a cerebrovascular postarteriole windkessel with delayed compliance. J. Cereb. Blood Flow Metab. 19, 679–689). In this paper we explore the visco-elastic properties of blood vessels, and present a dynamic model relating changes in CBF to changes in CBV. We refer to this model as the visco-elastic windkessel (VW) model. A novel feature of this model is that the parameter characterising the pressure–volume relationship of blood vessels is treated as a state variable dependent on the rate of change of CBV, producing hysteresis in the pressure–volume space during vessel dilation and contraction. The VW model is nonlinear time-invariant, and is able to predict the observed differences between the time series of CBV and that of CBF measurements following changes in neural activity. Like the windkessel model derived by Mandeville, J.B., Marota, J.J.A., Ayata, C., Zaharchuk, G., Moskowitz, M.A., Rosen, B.R., Weisskoff, R.M., 1999. Evidence of a cerebrovascular postarteriole windkessel with delayed compliance. J. Cereb. Blood Flow Metab. 19, 679–689, the VW model is primarily a model of haemodynamic changes in the venous compartment. The VW model is demonstrated to have the following characteristics typical of visco-elastic materials: (1) hysteresis, (2) creep, and (3) stress relaxation, hence it provides a unified model of the visco-elastic properties of the vasculature. The model will not only contribute to the interpretation of the Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) signals from functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) experiments, but also find applications in the study and modelling of the brain vasculature and the haemodynamics of circulatory and cardiovascular systems.

Structural role of fluoride in the ion-conducting glass system B(2)O(3)-PbO-LiF studied by single- and double-resonance NMR

The local structure of an ion-conducting glass with nominal composition 50B(2)O(3)-10PbO-40LiF has been investigated by complementary (7)Li, (11)B, (19)F, and (207)Pb single- and double-resonance experiments. The results give insight into the structural role of the lithium fluoride additive in borate glasses: (1) LiF is seen to actively participate in the network transformation process contributing to the conversion of three- into four-coordinate boron units, as shown by (11)B single-resonance as well as by (11)B{(19)F} and (19)F{(11)B} double-resonance experiments. (2) (19)F signal quantification experiments suggest substantial fluoride loss, presumably caused by formation of volatile BF(3). A part of the fluoride remains in the dopant role, possibly in the form of small LiF-like cluster domains, which serve as a mobile ion supply. (3) The extent of lithium-fluorine and lead-fluorine interactions has been characterized by (7)Li{(19)F} and (207)Pb{(19)F} REDOR and SEDOR experiments. On the basis of these results, a quantitative structural description of this system has been developed.

Evidence for magnetic phase separation in La(0.86)Sr(0.14)Mn(1-x)Cu(x)O(3+delta) manganites from NMR and magnetic measurements

Polycrystalline La(0.86)Sr(0.14)Mn(1-x)Cu(x)O(3+delta) (x = 0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20) manganites were investigated by means of magnetic measurements and zero-field (139)La and (55)Mn nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Magnetization versus temperature measurements revealed a paramagnetic to ferromagnetic transition in most samples, with lower Curie temperatures and broader transitions for samples with higher Cu contents. The details of the magnetization measurements suggested a phase-separated scenario, with ferromagnetic clusters embedded in an antiferromagnetic matrix, especially for the samples with large Cu contents (x = 0.15 and 0.20). Zero-field (139)La NMR measurements confirmed this finding, since the spectral features remained almost unchanged for all Cu-doped samples, whereas the bulk magnetization was drastically reduced with increasing Cu content. (55)Mn NMR spectra were again typical of ferromagnetic regions, with a broadening of the resonance line caused by the disorder introduced by the Cu doping. The results indicate a coexistence of different magnetic phases in the manganites studied, with the addition of Cu contributing to the weakening of the double-exchange interaction in most parts of the material.

Effects of Crossing Saddle Coil Conductors: Electric Length X Mutual Inductance

In magnetic resonance imaging (MRI), either on human or animal studies, the main requirements for radiofrequency (RF) coils are to produce a homogeneous RF field while used as a transmitter coil and to have the best signal-to-noise ratio (SNR) while used as a receiver. Besides, they need to be easily frequency adjustable and have input impedance matching 50 Omega to several different load conditions. New theoretical and practical concepts are presented here for considerable enhancing of RF coil homogeneity for MRI experiments on small animals. To optimize field homogeneity, we have performed simulations using Blot and Savart law varying the coil`s window angle, achieving the optimum one. However, when the coil`s dimensions are the same order of the wave length and according to transmission line theory, differences in electrical length and effects of mutual inductances between adjacent strip conductors decrease both field homogeneity and SNR. The problematic interactions between strip conductors by means of mutual inductance were eliminated by inserting crossings at half electrical length, avoiding distortion on current density, thus eliminating sources of field inhomogeneity. Experimental results show that measured field maps and simulations are in good agreement. The new coil design, dubbed double-crossed saddle described here have field homogeneity and SNR superior than the linearly driven 8-rung birdcage coil. One of our major findings was that the effects of mutual inductance are more significant than differences in electrical length for this frequency and coil dimensions. In vitro images of a primate Cebus paela brain were acquired, confirming double-crossed saddle superiority. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc. Concepts Magn Reson Part B (Magn Reson Engineering) 37B: 193-201, 2010

Conformational Properties of Angiotensin II and Its Active and Inactive TOAC-Labeled Analogs in the Presence of Micelles. Electron Paramagnetic Resonance, Fluorescence, and Circular Dichroism Studies

The interaction between angiotensin II (AII, DRVYIHPF) and its analogs carrying 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl-4-amino-4-carboxylic acid (TOAC) and detergents-negatively charged sodium dodecyl sulfate (SDS) and zwitterionic N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate (HPS)-was examined by means of EPR, CD, and fluorescence. EPR spectra of partially active TOAC(1)-AII and inactive TOAC(3)-AII in aqueous solution indicated fast tumbling, the freedom of motion being greater at the N-terminus. Line broadening occurred upon interaction with micelles. Below SDS critical micelle concentration, broader lines indicated complex formation with tighter molecular packing than in micelles. Small changes in hyperfine splittings evinced TOAC location at the micelle-water interface. The interaction with anionic micelles was more effective than with zwitterionic micelles. Peptide-micelle interaction caused fluorescence increase. The TOAC-promoted intramolecular fluorescence quenching was more, pronounced for TOAC(3)-AII because of the proximity between the nitroxide and Tyr(4). CD spectra showed that although both AII and TOAC(1)-AII presented flexible conformations in water, TOAC(3)-AII displayed conformational restriction because of the TOAC-imposed bend (Schreier et al., Biopolymers 2004, 74, 389). In HPS, conformational changes were observed for the labeled peptides at neutral and basic pH. In SDS, all peptides underwent pH-dependent conformational changes. Although the spectra suggested similar folds for All and TOAC(1)-AII, different conformations were acquired by TOAC(3)-AII. The membrane environment has been hypothesized to shift conformational equilibria so as to stabilize the receptor-bound conformation of ligands. The fact that TOAC(3)-AII is unable to acquire conformations similar to those of native AII and partially active TOAC(1)-AII is probably the explanation for its lack of biological activity. (C) 2009 Wiley Periodicals, Inc. Biopolymers (Pept Sci) 92: 525-537, 2009.