Quantitative mapping of trimethyltin injury in the rat brain using magnetic resonance histology.

The growing exposure to chemicals in our environment and the increasing concern over their impact on health have elevated the need for new methods for surveying the detrimental effects of these compounds. Today's gold standard for assessing the effects of toxicants on the brain is based on hematoxylin and eosin (H&E)-stained histology, sometimes accompanied by special stains or immunohistochemistry for neural processes and myelin. This approach is time-consuming and is usually limited to a fraction of the total brain volume. We demonstrate that magnetic resonance histology (MRH) can be used for quantitatively assessing the effects of central nervous system toxicants in rat models. We show that subtle and sparse changes to brain structure can be detected using magnetic resonance histology, and correspond to some of the locations in which lesions are found by traditional pathological examination. We report for the first time diffusion tensor image-based detection of changes in white matter regions, including fimbria and corpus callosum, in the brains of rats exposed to 8 mg/kg and 12 mg/kg trimethyltin. Besides detecting brain-wide changes, magnetic resonance histology provides a quantitative assessment of dose-dependent effects. These effects can be found in different magnetic resonance contrast mechanisms, providing multivariate biomarkers for the same spatial location. In this study, deformation-based morphometry detected areas where previous studies have detected cell loss, while voxel-wise analyses of diffusion tensor parameters revealed microstructural changes due to such things as cellular swelling, apoptosis, and inflammation. Magnetic resonance histology brings a valuable addition to pathology with the ability to generate brain-wide quantitative parametric maps for markers of toxic insults in the rodent brain.

Signal Improvement and Contrast Enhancement in Magnetic Resonance Imaging

This thesis reports advances in magnetic resonance imaging (MRI), with the ultimate goal of improving signal and contrast in biomedical applications. More specifically, novel MRI pulse sequences have been designed to characterize microstructure, enhance signal and contrast in tissue, and image functional processes. In this thesis, rat brain and red bone marrow images are acquired using iMQCs (intermolecular multiple quantum coherences) between spins that are 10 μm to 500 μm apart. As an important application, iMQCs images in different directions can be used for anisotropy mapping. We investigate tissue microstructure by analyzing anisotropy mapping. At the same time, we simulated images expected from rat brain without microstructure. We compare those with experimental results to prove that the dipolar field from the overall shape only has small contributions to the experimental iMQC signal. Besides magnitude of iMQCs, phase of iMQCs should be studied as well. The phase anisotropy maps built by our method can clearly show susceptibility information in kidneys. It may provide meaningful diagnostic information. To deeply study susceptibility, the modified-crazed sequence is developed. Combining phase data of modified-crazed images and phase data of iMQCs images is very promising to construct microstructure maps. Obviously, the phase image in all above techniques needs to be highly-contrasted and clear. To achieve the goal, algorithm tools from Susceptibility-Weighted Imaging (SWI) and Susceptibility Tensor Imaging (STI) stands out superb useful and creative in our system.

Radiographers perceptions of magnetic resonance imaging: a study of the causes that lead to the exams repetition

Purpose: To know how often occur the repetitions of MRI exams and sequences in radiology departments. Methods and Materials: A self applied-questionnaire was used as instrument and assigned to 57 radiographers who performed MRI exams to determine which were the causes that lead to the repetition. The questionnaires were interpreted and statistically analyzed through descriptive statistics and Spearman’s rho correlations. Results: At a 95% confidence interval, the major results suggest that the patient’s movement during de MRI exams is the main cause to repeat this exams (mean of 3.88 on a 5 points likert scale). However, there are causes related to the radiographer’s and the results showed that the introduction of wrong imaging parameters by the performer are a major cause too (N=26). Spearman rho correlations between radiographer’s time of experience and frequency of MRI exams repetitions were poor and not significant (r=0.141; p=0.297). The correlations between radiographer’s tiredness and frequency of MRI exams repetitions were negative, weak and not significant (r= -0.151; p=0.263). Conclusion: The patients’ movement may disrupt the examination or degrade the images with artifacts. The level of experience doesn’t influence the repetitions of MRI exams, it seems that seniors radiographers don’t have improvements in performance as it should be expected. It’s recommendable to do training courses regularly to improve the performance and systematically evaluate. Several features will need to be identified which would decrease the MRI exams repetitions.

High-resolution magnetic resonance imaging quantitatively detects individual pancreatic islets.

OBJECTIVE-We studied whether manganese-enhanced high-field magnetic resonance (MR) imaging (MEHFMRI) could quantitatively detect individual islets in situ and in vivo and evaluate changes in a model of experimental diabetes.RESEARCH DESIGN AND METHODS-Whole pancreata from untreated (n = 3), MnCl(2) and glucose-injected mice (n = 6), and mice injected with either streptozotocin (STZ; n = 4) or citrate buffer (n = 4) were imaged ex vivo for unambiguous evaluation of islets. Exteriorized pancreata of MnCl(2) and glucose-injected mice (n = 6) were imaged in vivo to directly visualize the gland and minimize movements. In all cases, MR images were acquired in a 14.1 Testa scanner and correlated with the corresponding (immuno)histological sections.RESULTS-In ex vivo experiments, MEHFMRI distinguished different pancreatic tissues and evaluated the relative abundance of islets in the pancreata of normoglycemic mice. MEHFMRI also detected a significant decrease in the numerical and volume density of islets in STZ-injected mice. However, in the latter measurements the loss of beta-cells was undervalued under the conditions tested. The experiments on the externalized pancreata confirmed that MEHFMRI could visualize native individual islets in living, anesthetized mice.CONCLUSIONS-Data show that MEHFMRI quantitatively visualizes individual islets in the intact mouse pancreas, both ex vivo and in vivo. Diabetes 60:2853-2860, 2011

Characterization of Carotid Plaques with Ultrasound Non-Invasive Vascular Elastography (NIVE) : Feasibility and Correlation with High-Resolution Magnetic Resonance Imaging

L’accident vasculaire cérébral (AVC) est une cause principale de décès et de morbidité dans le monde; une bonne partie des AVC est causée par la plaque d’athérosclérose carotidienne. La prévention de l’AVC chez les patients ayant une plaque carotidienne demeure controversée, vu les risques et bénéfices ambigus associés au traitement chirurgical ou médical. Plusieurs méthodes d’imagerie ont été développées afin d’étudier la plaque vulnérable (dont le risque est élevé), mais aucune n’est suffisamment validée ou accessible pour permettre une utilisation comme outil de dépistage. L’élastographie non-invasive vasculaire (NIVE) est une technique nouvelle qui cartographie les déformations (élasticité) de la plaque afin de détecter les plaque vulnérables; cette technique n’est pas encore validée cliniquement. Le but de ce projet est d’évaluer la capacité de NIVE de caractériser la composition de la plaque et sa vulnérabilité in vivo chez des patients ayant des plaques sévères carotidiennes, en utilisant comme étalon de référence, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) à haute-résolution. Afin de poursuivre cette étude, une connaissance accrue de l’AVC, l’athérosclérose, la plaque vulnérable, ainsi que des techniques actuelles d’imagerie de la plaque carotidienne, est requise. Trente-et-un sujets ont été examinés par NIVE par ultrasonographie et IRM à haute-résolution. Sur 31 plaques, 9 étaient symptomatiques, 17 contenaient des lipides, et 7 étaient vulnérables selon l’IRM. Les déformations étaient significativement plus petites chez les plaques contenant des lipides, avec une sensibilité élevée et une spécificité modérée. Une association quadratique entre la déformation et la quantité de lipide a été trouvée. Les déformations ne pouvaient pas distinguer les plaques vulnérables ou symptomatiques. En conclusion, NIVE par ultrasonographie est faisable chez des patients ayant des sténoses carotidiennes significatives et peut détecter la présence d’un coeur lipidique. Des études supplémentaires de progression de la plaque avec NIVE sont requises afin d’identifier les plaques vulnérables.

Oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance imaging (OS-CMR) : potential confounding factors in use of OS-CMR

La résonance magnétique cardiovasculaire sensible à l'oxygénation (OS-CMR) est devenue une modalité d'imagerie diagnostique pour la surveillance de changements dans l'oxygénation du myocarde. Cette technique offre un grand potentiel en tant qu'outil diagnostic primaire pour les maladies cardiovasculaires, en particulier la détection non-invasive d'ischémie. Par contre, il existe plusieurs facteurs potentiellement confondants de cette technique, quelques-uns d'ordre méthodologique comme les paramètres de séquençage et d'autres de nature physiologiques qui sont peut compris. En raison des effets causés par le contenu tissulaire d'eau, l'état d'hydratation peut avoir un impact sur l'intensité du signal. Ceci est un des aspects physiologiques en particulier dont nous voulions quantifier l'effet confondant par la manipulation de l'état d'hydratation chez des humains et l'observation des changements de l'intensité du signal dans des images OS-CMR. Méthodes: In vitro: Du sang artériel et veineux de huit porcs a été utilisé pour évaluer la dilution en série du sang et son effet correspondant sur l'intensité du signal de la séquence OS. In vivo: Vingt-deux volontaires en santé ont subi OS-CMR. Les concentrations d'hémoglobine (Hb) ont été mesurées au niveau de base et immédiatement après une l'infusion cristalloïde rapide de 1000 mL de solution Lactate Ringer's (LRS). Les images OS-CMR ont été prises dans une vue mid-ventriculaire court axe. L'intensité du signal myocardique a été mesurée durant une rétention respiratoire volontaire maximale, suite à une période d'hyperventilation de 60 secondes. Les changements dans l'intensité du signal entre le début et la fin de la rétention de la respiration ont été exprimés relativement au niveau de base (% de changement). Résultats: L'infusion a résulté en une diminution significative de l'Hb mesurée (142.5±3.3 vs. 128.8±3.3 g/L; p<0.001), alors que l'IS a augmenté de 3.2±1.2% entre les images du niveau de base en normo- et hypervolémie (p<0.05). L'IS d'hyperventilation ainsi que les changements d'IS induits par l'apnée ont été attenués après hémodilution (p<0.05). L'évaluation quantitative T2* a démontré une corrélation négative entre le temps de T2* et la concentration d'hémoglobine (r=-0.46, p<0.005). Conclusions: Il existe plusieurs éléments confondants de la technique OS-CMR qui requièrent de l'attention et de l'optimisation pour une future implémentation clinique à grande échelle. Le statut d'hydratation en particulier pourrait être un élément confondant dans l'imagerie OS-CMR. L'hypervolémie mène à une augmentation en IS au niveau de base et atténue la réponse IS durant des manoeuvres de respiration vasoactives. Cette atténuation de l'intensité du signal devrait être tenue en compte et corrigée dans l'évaluation clinique d'images OS-CMR.

Semiautomated 3D liver segmentation using computed tomography and magnetic resonance imaging

Le foie est un organe vital ayant une capacité de régénération exceptionnelle et un rôle crucial dans le fonctionnement de l’organisme. L’évaluation du volume du foie est un outil important pouvant être utilisé comme marqueur biologique de sévérité de maladies hépatiques. La volumétrie du foie est indiquée avant les hépatectomies majeures, l’embolisation de la veine porte et la transplantation. La méthode la plus répandue sur la base d'examens de tomodensitométrie (TDM) et d'imagerie par résonance magnétique (IRM) consiste à délimiter le contour du foie sur plusieurs coupes consécutives, un processus appelé la «segmentation». Nous présentons la conception et la stratégie de validation pour une méthode de segmentation semi-automatisée développée à notre institution. Notre méthode représente une approche basée sur un modèle utilisant l’interpolation variationnelle de forme ainsi que l’optimisation de maillages de Laplace. La méthode a été conçue afin d’être compatible avec la TDM ainsi que l' IRM. Nous avons évalué la répétabilité, la fiabilité ainsi que l’efficacité de notre méthode semi-automatisée de segmentation avec deux études transversales conçues rétrospectivement. Les résultats de nos études de validation suggèrent que la méthode de segmentation confère une fiabilité et répétabilité comparables à la segmentation manuelle. De plus, cette méthode diminue de façon significative le temps d’interaction, la rendant ainsi adaptée à la pratique clinique courante. D’autres études pourraient incorporer la volumétrie afin de déterminer des marqueurs biologiques de maladie hépatique basés sur le volume tels que la présence de stéatose, de fer, ou encore la mesure de fibrose par unité de volume.

A Functional Magnetic Resonance Imaging Predictor of Treatment Response to Venlafaxine in Generalized Anxiety Disorder

Background: Functional magnetic resonance imaging (fMRI) holds promise as a noninvasive means of identifying neural responses that can be used to predict treatment response before beginning a drug trial. Imaging paradigms employing facial expressions as presented stimuli have been shown to activate the amygdala and anterior cingulate cortex (ACC). Here, we sought to determine whether pretreatment amygdala and rostral ACC (rACC) reactivity to facial expressions could predict treatment outcomes in patients with generalized anxiety disorder (GAD).Methods: Fifteen subjects (12 female subjects) with GAD participated in an open-label venlafaxine treatment trial. Functional magnetic resonance imaging responses to facial expressions of emotion collected before subjects began treatment were compared with changes in anxiety following 8 weeks of venlafaxine administration. In addition, the magnitude of fMRI responses of subjects with GAD were compared with that of 15 control subjects (12 female subjects) who did not have GAD and did not receive venlafaxine treatment.Results The magnitude of treatment response was predicted by greater pretreatment reactivity to fearful faces in rACC and lesser reactivity in the amygdala. These individual differences in pretreatment rACC and amygdala reactivity within the GAD group were observed despite the fact that 1) the overall magnitude of pretreatment rACC and amygdala reactivity did not differ between subjects with GAD and control subjects and 2) there was no main effect of treatment on rACC-amygdala reactivity in the GAD group.Conclusions: These findings show that this pattern of rACC-amygdala responsivity could prove useful as a predictor of venlafaxine treatment response in patients with GAD.

The neural response to emotional prosody, as revealed by functional magnetic resonance imaging

Prosody is an important feature of language, comprising intonation, loudness, and tempo. Emotional prosodic processing forms an integral part of our social interactions. The main aim of this study was to use bold contrast fMRI to clarify the normal functional neuroanatomy of emotional prosody, in passive and active contexts. Subjects performed six separate scanning studies, within which two different conditions were contrasted: (1) "pure" emotional prosody versus rest; (2) congruent emotional prosody versus 'neutral' sentences; (3) congruent emotional prosody versus rest; (4) incongruent emotional prosody versus rest; (5) congruent versus incongruent emotional prosody; and (6) an active experiment in which subjects were instructed to either attend to the emotion conveyed by semantic content or that conveyed by tone of voice. Data resulting from these contrasts were analysed using SPM99. Passive listening to emotional prosody consistently activated the lateral temporal lobe (superior and/or middle temporal gyri). This temporal lobe response was relatively right-lateralised with or without semantic information. Both the separate and direct comparisons of congruent and incongruent emotional prosody revealed that subjects used fewer brain regions to process incongruent emotional prosody than congruent. The neural response to attention to semantics, was left lateralised, and recruited an extensive network not activated by attention to emotional prosody. Attention to emotional prosody modulated the response to speech, and induced right-lateralised activity, including the middle temporal gyrus. In confirming the results of lesion and neuropsychological studies, the current study emphasises the importance of the right hemisphere in the processing of emotional prosody, specifically the lateral temporal lobes. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.