Detection of Pathologic Changes Following Traumatic Brain Injury Using Magnetic Resonance Imaging

Background: Approximately two percent of Finns have sequels after traumatic brain injury (TBI), and many TBI patients are young or middle-aged. The high rate of unemployment after TBI has major economic consequences for society, and traumatic brain injury often has remarkable personal consequences, as well. Structural imaging is often needed to support the clinical TBI diagnosis. Accurate early diagnosis is essential for successful rehabilition and, thus, may also influence the patient’s outcome. Traumatic axonal injury and cortical contusions constitute the majority of traumatic brain lesions. Several studies have shown magnetic resonance imaging (MRI) to be superior to computed tomography (CT) in the detection of these lesions. However, traumatic brain injury often leads to persistent symptoms even in cases with few or no findings in conventional MRI. Aims and methods: The aim of this prospective study was to clarify the role of conventional MRI in the imaging of traumatic brain injury, and to investigate how to improve the radiologic diagnostics of TBI by using more modern diffusion-weighted imaging (DWI) and diffusion tensor imaging (DTI) techniques. We estimated, in a longitudinal study, the visibility of the contusions and other intraparenchymal lesions in conventional MRI at one week and one year after TBI. We used DWI-based measurements to look for changes in the diffusivity of the normal-appearing brain in a case-control study. DTI-based tractography was used in a case-control study to evaluate changes in the volume, diffusivity, and anisotropy of the long association tracts in symptomatic TBI patients with no visible signs of intracranial or intraparenchymal abnormalities on routine MRI. We further studied the reproducibility of different tools to identify and measure white-matter tracts by using a DTI sequence suitable for clinical protocols. Results: Both the number and extent of visible traumatic lesions on conventional MRI diminished significantly with time. Slightly increased diffusion in the normal-appearing brain was a common finding at one week after TBI, but it was not significantly associated with the injury severity. Fractional anisotropy values, that represent the integrity of the white-matter tracts, were significantly diminished in several tracts in TBI patients compared to the control subjects. Compared to the cross-sectional ROI method, the tract-based analyses had better reproducibility to identify and measure white-matter tracts of interest by means of DTI tractography. Conclusions: As conventional MRI is still applied in clinical practice, it should be carried out soon after the injury, at least in symptomatic patients with negative CT scan. DWI-related brain diffusivity measurements may be used to improve the documenting of TBI. DTI tractography can be used to improve radiologic diagnostics in a symptomatic TBI sub-population with no findings on conventional MRI. Reproducibility of different tools to quantify fibre tracts vary considerably, which should be taken into consideration in the clinical DTI applications.

Experimental osteoarthritis in rabbits: lesion progression

The aim of this study was to evaluate the progression of lesions in different stages of osteoarthritis (OA) experimental by radiography (RX), computed tomography (CT), macroscopic and histopathology, linking these different diagnostic methods, helped to provide information that helps the best time for the therapeutic approach. Four experimental periods were delineated at 3, 6, 9 and 12 weeks after induction of OA, known as PI, PII, PIII and PIV, respectively, each with six animals. We evaluated the five compartments of the femorotibial joint: medial femoral condyle (MFC), lateral femoral condyle (LFC), medial tibial plateau (MTP), lateral tibial plateau (LTP) and femoral trochlea (FT). Therefore we established an index by compartment (IC) and by adding such an index was estimated joint femorotibial (IFT). It was observed that the CFM was the compartment with the highest IC also differed significantly (p<0.05) from other compartments. Compartments showed no significant difference (p>0.05) between the PI and PII, however contrary fact occurred between the PII and PIII (p<0.05), PIII and PIV (p<0.01) and between PI and PIV (p<0.001). Similarly the IFT, showed a significant difference in the animals of PIV compared to PI (p<0.001), PII (p<0.001) and PIII (p<0.01), and there was no statistical difference (p> 0.05) between the PI and PII. In the variation of the average interval between periods, there was a higher value between the PIII PIV and for the other intervals of time periods (PI, PII, and PIII-PII). However, these intervals showed no statistically significant difference (p>0.05). Through the RX, CT, macroscopic and histopathological findings, we found similar patterns among individuals within the same period demonstrating a gradual progression of the disease. These results show that between 3 and 6 weeks progression of the lesion is slower and probably also can be reversed in comparison to other ranges where proved further progression between 9 and 12 weeks after induction of trauma OA. These results may provide a better therapeutic approach aimed at reversing the lesions in early stages of OA. We conclude that the interconnection of the four diagnostic methods individually classified into scores, which were unified in both indices in the evaluation by the femorotibial joint compartment and may represent a diagnostic condition closer to the true condition of the injury and its progression.

Cyst infection in hospital-admitted autosomal dominant polycystic kidney disease patients is predominantly multifocal and associated with kidney and liver volume

Positron-emission tomography/computed tomography (PET/CT) has improved cyst infection (CI) management in autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD). The determinants of kidney and/or liver involvement, however, remain uncertain. In this study, we evaluated clinical and imaging factors associated with CI in kidney (KCI) and liver (LCI) in ADPKD. A retrospective cohort study was performed in hospital-admitted ADPKD patients with suspected CI. Clinical, imaging and surgical data were analyzed. Features of infected cysts were evaluated by PET/CT. Total kidney (TKV) and liver (TLV) volumes were measured by CT-derived multiplanar reconstruction. CI was detected in 18 patients who experienced 24 episodes during an interval of 30 months (LCI in 12, KCI in 10 and concomitant infection in 2). Sensitivities of CT, magnetic resonance imaging and PET/CT were 25.0, 71.4, and 95.0%. Dysuria (P<0.05), positive urine culture (P<0.01), and previous hematuria (P<0.05) were associated with KCI. Weight loss (P<0.01) and increased C-reactive protein levels (P<0.05) were associated with LCI. PET/CT revealed that three or more infected cysts were present in 70% of the episodes. TKV was higher in kidney-affected than in LCI patients (AUC=0.91, P<0.05), with a cut-off of 2502 mL (72.7% sensitivity, 100.0% specificity). TLV was higher in liver-affected than in KCI patients (AUC=0.89, P<0.01) with a cut-off of 2815 mL (80.0% sensitivity, 87.5% specificity). A greater need for invasive procedures was observed in LCI (P<0.01), and the overall mortality was 20.8%. This study supports PET/CT as the most sensitive imaging method for diagnosis of cyst infection, confirms the multifocal nature of most hospital-admitted episodes, and reveals an association of kidney and liver volumes with this complication.

Predictive significance of standardized uptake value parameters of FDG-PET in patients with non-small cell lung carcinoma

18F-fluoro-2-deoxyglucose (FDG) positron emission tomography (PET)/computed tomography (CT) is widely used to diagnose and stage non-small cell lung cancer (NSCLC). The aim of this retrospective study was to evaluate the predictive ability of different FDG standardized uptake values (SUVs) in 74 patients with newly diagnosed NSCLC. 18F-FDG PET/CT scans were performed and different SUV parameters (SUVmax, SUVavg, SUVT/L, and SUVT/A) obtained, and their relationship with clinical characteristics were investigated. Meanwhile, correlation and multiple stepwise regression analyses were performed to determine the primary predictor of SUVs for NSCLC. Age, gender, and tumor size significantly affected SUV parameters. The mean SUVs of squamous cell carcinoma were higher than those of adenocarcinoma. Poorly differentiated tumors exhibited higher SUVs than well-differentiated ones. Further analyses based on the pathologic type revealed that the SUVmax, SUVavg, and SUVT/L of poorly differentiated adenocarcinoma tumors were higher than those of moderately or well-differentiated tumors. Among these four SUV parameters, SUVT/Lwas the primary predictor for tumor differentiation. However, in adenocarcinoma, SUVmax was the determining factor for tumor differentiation. Our results showed that these four SUV parameters had predictive significance related to NSCLC tumor differentiation; SUVT/L appeared to be most useful overall, but SUVmax was the best index for adenocarcinoma tumor differentiation.

Computed tomography findings of hepatic veno-occlusive disease caused by Sedum aizoon with histopathological correlation

This study investigated the value of computed tomography (CT) in the diagnosis and treatment of hepatic veno-occlusive disease (HVOD) caused by Sedum aizoon (SA). The clinical manifestations, treatment results, imaging findings, and histological findings of the liver were analyzed in 39 patients with HVOD caused by SA. Hepatomegaly, liver dysfunction, abdominal effusion, and geographic density changes on liver CT scans were found in all 39 patients. The pathological findings of histological liver examination included swelling and point-like necrosis of liver cells, significant expansion and congestion of the sinuses, endothelial swelling, and wall thickening with incomplete lumen occlusion of small liver vessels. CT geographic density changes were confirmed by histological examination of the liver in 18 patients. Sixteen patients with small amounts of ascites that started within 4 weeks of treatment recovered completely or significantly improved after symptomatic and supportive treatment. However, only 43.75% of the patients with larger amounts of ascites improved following symptomatic and supportive treatment. In conclusion, liver CT examination is a valuable, safe, and noninvasive tool for the diagnosis of HVOD caused by SA. In selected cases, liver CT examination may replace liver biopsy and histological analysis.

Decision analysis of the effectiveness of lung cancer screening using autofluorescence bronchoscopy and computed tomography

Background: Lung cancer (LC) is the leading cause of cancer death in the developed world. Most cancers are associated with tobacco smoking. A primary hope for reducing lung cancer has been prevention of smoking and successful smoking cessation programs. To date, these programs have not been as successful as anticipated. Objective: The aim of the current study was to evaluate whether lung cancer screening combining low dose computed tomography with autofluorescence bronchoscopy (combined CT & AFB) is superior to CT or AFB screening alone in improving lung cancer specific survival. In addition, the extent of improvement and ideal conditions for combined CT & AFB screening were evaluated. Methods: We applied decision analysis and Monte Carlo simulation modeling using TreeAge Software to evaluate our study aims. Histology- and stage specific probabilities of lung cancer 5-year survival proportions were taken from Surveillance and Epidemiologic End Results (SEER) Registry data. Screeningassociated data was taken from the US NCI Prostate, Lung, Colorectal and Ovarian Cancer Screening Trial (PLCO), National Lung Screening Trial (NLST), and US NCI Lung Screening Study (LSS), other relevant published data and expert opinion. Results: Decision Analysis - Combined CT and AFB was the best approach at Improving 5-year survival (Overall Expected Survival (OES) in the entire screened population was 0.9863) and in lung cancer patients only (Lung Cancer Specific Expected Survival (LOSES) was 0.3256). Combined screening was slightly better than CT screening alone (OES = 0.9859; LCSES = 0.2966), and substantially better than AFB screening alone (OES = 0.9842; LCSES = 0.2124), which was considerably better than no screening (OES = 0.9829; LCSES = 0.1445). Monte Carlo simulation modeling revealed that expected survival in the screened population and lung cancer patients is highest when screened using CT and combined CT and AFB. CT alone and combined screening was substantially better than AFB screening alone or no screening. For LCSES, combined CT and AFB screening is significantly better than CT alone (0.3126 vs. 0.2938, p< 0.0001). Conclusions: Overall, these analyses suggest that combined CT and AFB is slightly better than CT alone at improving lung cancer survival, and both approaches are substantially better than AFB screening alone or no screening.

Évaluation des effets de l’expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (EPRAC) sur les voies aériennes supérieures à l’aide de la tomodensitométrie à faisceau conique

Introduction : L’expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (EPRAC) est une option de traitement privilégiée chez les patients ayant atteint la maturité squelettique et présentant une déficience transverse du maxillaire. L’effet bénéfique de l’EPRAC sur la fonction respiratoire est régulièrement mentionné, toutefois, encore peu d’études ont évalué son impact sur les voies aériennes supérieures. L’objectif de cette étude clinique prospective comparative consistait à évaluer les effets tridimensionnels de l’EPRAC sur la cavité nasale, le nasopharynx et l’oropharynx à l’aide de la tomodensitométrie. Méthodologie : L’échantillon était constitué de 14 patients (5 hommes, 9 femmes) dont l’âge moyen était de 23,0 ± 1,9 ans (16 ans 4 mois à 39 ans 7 mois). Tous ont été traités avec un appareil d’expansion de type Hyrax collé et l’expansion moyenne a été de 9,82 mm (7,5 - 12,0 mm). Tous ont eu une période de contention d’une année avant le début de tout autre traitement orthodontique. Une évaluation par tomodensitométrie volumique à faisceau conique a été réalisée aux temps T0 (initial), T1 (6 mois post-expansion) et T2 (1an post-expansion) et le volume des fosses nasales, du nasopharynx et de l’oropharynx ainsi que les dimensions de la zone de constriction maximale de l’oropharynx ont été mesurés sur les volumes tridimensionnels obtenus. Résultats : Les résultats radiologiques ont démontré une augmentation significative du volume des fosses nasales et du nasopharynx ainsi qu’une augmentation de la zone de constriction maximale de l’oropharynx à 6 mois post-expansion. Par la suite, une portion du gain enregistré pour ces trois paramètres était perdue à un an post-EPRAC sans toutefois retourner aux valeurs initiales. Aucun effet significatif sur le volume de l’oropharynx n’a été observé. De plus, aucune corrélation significative entre la quantité d’expansion réalisée et l’ensemble des données radiologiques n’a été observée. L’analyse de la corrélation intra-classe a démontré une excellente fiabilité intra-examinateur. Conclusions : L’EPRAC entraîne un changement significatif du volume de la cavité nasale et du nasopharynx. L’EPRAC ne modifie pas le volume de l’oropharynx, par contre, un effet significatif sur la zone de constriction maximale de l’oropharynx est noté. Les effets observés n’ont pas de corrélation avec le montant d’activation de la vis d’expansion.

Imagerie multimodale (radiographie numérique, tomodensitométrie, résonance magnétique à 1,5 Tesla) pour l'évaluation des lésions d'ostéoarthrose

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Évaluation des effets dento-alvéolaires et squelettiques de l'expansion palatine rapide assistée chirurgicalement à l'aide de tomodensitométrie à faisceau conique

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Effets parodontaux d'une expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (EPRAC) : évaluation clinique et évaluation radiologique à l'aide de la tomodensitométrie à faisceau conique

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Isolated greater tuberosity fractures of the proximal humerus : validation and clinical implications for a new radiologic measurement method and classification

Pre-publication drafts are reproduced with permission and copyright © 2013 of the Journal of Orthopaedic Trauma [Mutch J, Rouleau DM, Laflamme GY, Hagemeister N. Accurate Measurement of Greater Tuberosity Displacement without Computed Tomography: Validation of a method on Plain Radiography to guide Surgical Treatment. J Orthop Trauma. 2013 Nov 21: Epub ahead of print.] and copyright © 2014 of the British Editorial Society of Bone and Joint Surgery [Mutch JAJ, Laflamme GY, Hagemeister N, Cikes A, Rouleau DM. A new morphologic classification for greater tuberosity fractures of the proximal humerus: validation and clinical Implications. Bone Joint J 2014;96-B:In press.]

Étude comparative de l'imagerie dans l'évaluation de l'ostéoarthrose du grasset chez le cheval

Les objectifs de cette étude étaient (1) de décrire la localisation et la sévérité des lésions d’ostéoarthrose (OA) chroniques acquises naturellement au niveau du grasset équin grâce à l’échographie (US), la radiographie (XR), la tomodensitométrie (CT) et l’évaluation macroscopique (ME), (2) de comparer la performance diagnostique de chacune des modalities d’imagerie avec ME et (3) d’évaluer quantitativement la densité osseuse sous-chondrale lors d’OA du grasset chez le cheval à la tomodensitométrie. Des évaluations post mortem radiographique, tomodensitométrique et échographique ont été réalisées sur 23 grassets cadavériques et comparées à l’évaluation macroscopique. Des associations significatives ont été notées entre le «osteophytes global score» de toutes les modalités (US, p=0.04; XR, p=0.005; CT, p˂0.0001) et ME. De plus, la tomodensitométrie a démontré la plus forte association. Les ostéophytes étaient principalement localisés au niveau de l’articulation fémorotibiale médiale et cette articulation présentait également les scores d’ostéophytes les plus sévères. Un patron spécifique d’ostéophytes associé à l’insertion de la capsule articulaire sur le condyle fémoral médial a été mis en évidence. La nouvelle projection radiographique (Ca10Pr5L-CrDiMO) a été utile dans la détection des ostéophytes de la région intercondylaire. Les grades d’ostéophytes (0-3) ne différaient pas significativement selon la modalité dans la majorité des sites. La faible sensibilité/spécificité a indiqué que la sclérose de l’os sous-chondral et l’applatissement des condyles fémoraux ne semblent pas être des indicateurs fiables d’OA du grasset équin. L’OA du grasset équin est associée à une réduction de la densité osseuse sous-chondrale et des sites spécifiques de résorption/kystes sous-chondraux ont été notés chez certains spécimens.

Segmentation du rein fonctionnel à partir de CTdouble énergie injectés

Les néphropaties (maladie des tissus rénaux) postradiques constituent l'un des facteurs limitants pour l'élaboration des plans de traitement lors des radiothérapies abdominales. Le processus actuel, qui consiste à évaluer la fonctionnalité relative des reins grâce à une scintigraphie gamma deux dimensions, ne permet pas d'identifier les portions fonctionnelles qui pourraient être évitées lors de l' élaboration des plans de traitement. Une méthode permettant de cartographier la fonctionnalité rénale en trois dimensions et d'extraire un contour fonctionnel utilisable lors de la planification a été développée à partir de CT double énergie injectés à l'iode. La concentration en produit de contraste est considérée reliée à la fonctionnalité rénale. La technique utilisée repose sur la décomposition à trois matériaux permettant de reconstruire des images en concentration d'iode. Un algorithme de segmentation semi-automatisé basé sur la déformation hiérarchique et anamorphique de surfaces permet ensuite d'extraire le contour fonctionnel des reins. Les premiers résultats obtenus avec des images patient démontrent qu'une utilisation en clinique est envisageable et pourra être bénéfique.

Planification de traitements de curiethérapie du sein à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique

Ce mémoire présente l’étude de la faisabilité de la planification de traitements pour la curiethérapie interstitielle du sein en utilisant l’imagerie par résonance magnétique (IRM) seule au lieu de l’imagerie par tomodensitométrie (CT). L'imagerie CT étant la référence, la mesure des différences observables sur la distribution de doses provenant des deux types d’imagerie a été effectuée. Des fantômes de seins ont été fabriqués et utilisés, ainsi que l’imagerie de patients. La taille des fantômes en fonction du positionnement dans l’appareil d’IRM et la longueur reconstruite des cathéters ont été analysées. Les différences dans les distributions de doses de fantômes et de patients ont été calculées en s’assurant que la reconstruction des cathéters provenant des images CT et IRM est la seule variable. La différence dans les critères de doses à respecter est plus grande lorsque la taille du fantôme et/ou un déplacement latéral dans l’IRM sont plus grands. La longueur reconstruite des cathéters est comparable entre les deux techniques d’imagerie. Pour le petit fantôme des différences <2% ont été observées pour tous les critères de dose. Pour le grand fantôme et pour les patients, une valeur maximale de 5% est observée pour les critères sur la cible, mais peut atteindre 19% pour le critère Externe V150%/V100% pour le grand fantôme et 33% pour les patients. Par contre, le seuil clinique de ce critére est toujours respecté. Ceci nous indique que pour la plupart des patients, la zone à traiter serait bien couverte en utilisant les images IRM uniquement pour planifier.

Méthode efficace d'assignation de tissus humains par tomodensitométrie à double énergie

Pour analyser les images en tomodensitométrie, une méthode stœchiométrique est gé- néralement utilisée. Une courbe relie les unités Hounsfield d’une image à la densité électronique du milieu. La tomodensitométrie à double énergie permet d’obtenir des informations supplémentaires sur ces images. Une méthode stœchiométrique a été dé- veloppée pour permettre de déterminer les valeurs de densité électronique et de numéro atomique effectif à partir d’une paire d’images d’un tomodensitomètre à double énergie. Le but de cette recherche est de développer une nouvelle méthode d’identification de tissus en utilisant ces paramètres extraits en tomodensitométrie à double énergie. Cette nouvelle méthode est comparée avec la méthode standard de tomodensitométrie à simple énergie. Par ailleurs, l’impact dosimétrique de bien identifier un tissu est déterminé. Des simulations Monte Carlo permettent d’utiliser des fantômes numériques dont tous les paramètres sont connus. Les différents fantômes utilisés permettent d’étalonner les méthodes stœchiométriques, de comparer la polyvalence et la robustesse des méthodes d’identification de tissus double énergie et simple énergie, ainsi que de comparer les distributions de dose dans des fantômes uniformes de mêmes densités, mais de compo- sitions différentes. La méthode utilisant la tomodensitométrie à double énergie fournit des valeurs de densi- tés électroniques plus exactes, quelles que soient les conditions étudiées. Cette méthode s’avère également plus robuste aux variations de densité des tissus. L’impact dosimé- trique d’une bonne identification de tissus devient important pour des traitements aux énergies plus faibles, donc aux énergies d’imagerie et de curiethérapie.