Les algorithmes de haute résolution en tomographie d'émission par positrons : développement et accélération sur les cartes graphiques

La tomographie d’émission par positrons (TEP) est une modalité d’imagerie moléculaire utilisant des radiotraceurs marqués par des isotopes émetteurs de positrons permettant de quantifier et de sonder des processus biologiques et physiologiques. Cette modalité est surtout utilisée actuellement en oncologie, mais elle est aussi utilisée de plus en plus en cardiologie, en neurologie et en pharmacologie. En fait, c’est une modalité qui est intrinsèquement capable d’offrir avec une meilleure sensibilité des informations fonctionnelles sur le métabolisme cellulaire. Les limites de cette modalité sont surtout la faible résolution spatiale et le manque d’exactitude de la quantification. Par ailleurs, afin de dépasser ces limites qui constituent un obstacle pour élargir le champ des applications cliniques de la TEP, les nouveaux systèmes d’acquisition sont équipés d’un grand nombre de petits détecteurs ayant des meilleures performances de détection. La reconstruction de l’image se fait en utilisant les algorithmes stochastiques itératifs mieux adaptés aux acquisitions à faibles statistiques. De ce fait, le temps de reconstruction est devenu trop long pour une utilisation en milieu clinique. Ainsi, pour réduire ce temps, on les données d’acquisition sont compressées et des versions accélérées d’algorithmes stochastiques itératifs qui sont généralement moins exactes sont utilisées. Les performances améliorées par l’augmentation de nombre des détecteurs sont donc limitées par les contraintes de temps de calcul. Afin de sortir de cette boucle et permettre l’utilisation des algorithmes de reconstruction robustes, de nombreux travaux ont été effectués pour accélérer ces algorithmes sur les dispositifs GPU (Graphics Processing Units) de calcul haute performance. Dans ce travail, nous avons rejoint cet effort de la communauté scientifique pour développer et introduire en clinique l’utilisation des algorithmes de reconstruction puissants qui améliorent la résolution spatiale et l’exactitude de la quantification en TEP. Nous avons d’abord travaillé sur le développement des stratégies pour accélérer sur les dispositifs GPU la reconstruction des images TEP à partir des données d’acquisition en mode liste. En fait, le mode liste offre de nombreux avantages par rapport à la reconstruction à partir des sinogrammes, entre autres : il permet d’implanter facilement et avec précision la correction du mouvement et le temps de vol (TOF : Time-Of Flight) pour améliorer l’exactitude de la quantification. Il permet aussi d’utiliser les fonctions de bases spatio-temporelles pour effectuer la reconstruction 4D afin d’estimer les paramètres cinétiques des métabolismes avec exactitude. Cependant, d’une part, l’utilisation de ce mode est très limitée en clinique, et d’autre part, il est surtout utilisé pour estimer la valeur normalisée de captation SUV qui est une grandeur semi-quantitative limitant le caractère fonctionnel de la TEP. Nos contributions sont les suivantes : - Le développement d’une nouvelle stratégie visant à accélérer sur les dispositifs GPU l’algorithme 3D LM-OSEM (List Mode Ordered-Subset Expectation-Maximization), y compris le calcul de la matrice de sensibilité intégrant les facteurs d’atténuation du patient et les coefficients de normalisation des détecteurs. Le temps de calcul obtenu est non seulement compatible avec une utilisation clinique des algorithmes 3D LM-OSEM, mais il permet également d’envisager des reconstructions rapides pour les applications TEP avancées telles que les études dynamiques en temps réel et des reconstructions d’images paramétriques à partir des données d’acquisitions directement. - Le développement et l’implantation sur GPU de l’approche Multigrilles/Multitrames pour accélérer l’algorithme LMEM (List-Mode Expectation-Maximization). L’objectif est de développer une nouvelle stratégie pour accélérer l’algorithme de référence LMEM qui est un algorithme convergent et puissant, mais qui a l’inconvénient de converger très lentement. Les résultats obtenus permettent d’entrevoir des reconstructions en temps quasi-réel que ce soit pour les examens utilisant un grand nombre de données d’acquisition aussi bien que pour les acquisitions dynamiques synchronisées. Par ailleurs, en clinique, la quantification est souvent faite à partir de données d’acquisition en sinogrammes généralement compressés. Mais des travaux antérieurs ont montré que cette approche pour accélérer la reconstruction diminue l’exactitude de la quantification et dégrade la résolution spatiale. Pour cette raison, nous avons parallélisé et implémenté sur GPU l’algorithme AW-LOR-OSEM (Attenuation-Weighted Line-of-Response-OSEM) ; une version de l’algorithme 3D OSEM qui effectue la reconstruction à partir de sinogrammes sans compression de données en intégrant les corrections de l’atténuation et de la normalisation dans les matrices de sensibilité. Nous avons comparé deux approches d’implantation : dans la première, la matrice système (MS) est calculée en temps réel au cours de la reconstruction, tandis que la seconde implantation utilise une MS pré- calculée avec une meilleure exactitude. Les résultats montrent que la première implantation offre une efficacité de calcul environ deux fois meilleure que celle obtenue dans la deuxième implantation. Les temps de reconstruction rapportés sont compatibles avec une utilisation clinique de ces deux stratégies.

Massively parallelizable list-mode reconstruction using a Monte Carlo-based elliptical Gaussian model

Purpose: A fully three-dimensional (3D) massively parallelizable list-mode ordered-subsets expectation-maximization (LM-OSEM) reconstruction algorithm has been developed for high-resolution PET cameras. System response probabilities are calculated online from a set of parameters derived from Monte Carlo simulations. The shape of a system response for a given line of response (LOR) has been shown to be asymmetrical around the LOR. This work has been focused on the development of efficient region-search techniques to sample the system response probabilities, which are suitable for asymmetric kernel models, including elliptical Gaussian models that allow for high accuracy and high parallelization efficiency. The novel region-search scheme using variable kernel models is applied in the proposed PET reconstruction algorithm. Methods: A novel region-search technique has been used to sample the probability density function in correspondence with a small dynamic subset of the field of view that constitutes the region of response (ROR). The ROR is identified around the LOR by searching for any voxel within a dynamically calculated contour. The contour condition is currently defined as a fixed threshold over the posterior probability, and arbitrary kernel models can be applied using a numerical approach. The processing of the LORs is distributed in batches among the available computing devices, then, individual LORs are processed within different processing units. In this way, both multicore and multiple many-core processing units can be efficiently exploited. Tests have been conducted with probability models that take into account the noncolinearity, positron range, and crystal penetration effects, that produced tubes of response with varying elliptical sections whose axes were a function of the crystal's thickness and angle of incidence of the given LOR. The algorithm treats the probability model as a 3D scalar field defined within a reference system aligned with the ideal LOR. Results: This new technique provides superior image quality in terms of signal-to-noise ratio as compared with the histogram-mode method based on precomputed system matrices available for a commercial small animal scanner. Reconstruction times can be kept low with the use of multicore, many-core architectures, including multiple graphic processing units. Conclusions: A highly parallelizable LM reconstruction method has been proposed based on Monte Carlo simulations and new parallelization techniques aimed at improving the reconstruction speed and the image signal-to-noise of a given OSEM algorithm. The method has been validated using simulated and real phantoms. A special advantage of the new method is the possibility of defining dynamically the cut-off threshold over the calculated probabilities thus allowing for a direct control on the trade-off between speed and quality during the reconstruction.

A linear ramp control circuit using two LM 556 dual timers

A simple linear ramp control circuit, suitable for use with force-commutated thyrister circuits is discussed here. The circuit is based on only two IM 558 dual timer iCs, operating from a single 15 V supply. The reset terminals facilitate inhibition of the output of any stage. The use of this circuit in a thyristor chopper operating at 400 Hz 13 described.

A study of the influence of mischmetal additions to Al-7Si-0.3Mg (LM 25/356) alloy

This article deals with the effect of 0.25-1.5 wt pct mischmetal (MM) addition on the mechanical properties, microstructure, electrical conductivity, and fracture behavior of cast Al-7Si-0.3Mg (LM 25/356) alloy. Modification of eutectic silicon by MM is compared with strontium modification in terms of microstructure, mechanical properties, and fading behavior. Loss of magnesium encountered on holding the molten alloy and its resultant effect on mechanical properties of alloys modified with MM and Sr are compared with those in the unmodified alloy.

Dificultades de aprendizaje del componente gráfico-matemático del modelo IS-LM de los alumnos de Macroeconomía de la Universidad de Sevilla.

Resumen tomado de la publicación

El Consejo Escolar reconoce la mejora del sistema educativo en C-LM.

Resumen tomado de la publicación

Reducing the size distortions of the panel LM test for cointegration

This paper proposes a simple procedure to reduce the size distortions of the panel LM test for cointegration. The new procedure is based on first splitting the sample into even and odd numbered observations, and to employ the panel LM test to each subsample. The two tests are then combined using the Bonferroni principle as suggested by Choi [Choi, I., 2004, Improving the empirical size of the KPSS Test of stationarity, unpublished manuscript, Department of Economics, Hong Kong University of Science and Technology]. The Monte Carlo evidence suggests that this procedure can lead to substantial reduction in size distortions when the equilibrium errors are autoregressive. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Estudo da produção e caracterização de queratinase produzida por Bacillus sp. LM-21 isolado de águas residuárias de abatedouro de frangos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

ACTIVITY OF LM 2219 (DIFETHIALONE), A NEW ANTICOAGULANT RODENTICIDE, IN COMMENSAL RODENTS

ABSTRACT: Preliminary studies completed on commensal rodents with the new anticoagulant rodenticide difethialone showed very good efficacy, such that 25 ppm baits could be used effectively. New test results presented in this publication confirm the activity as shown under laboratory conditions in choice tests, which represent more severe conditions, as well as its effectiveness against rodents that are resistant and non-resistant to warfarin. In tests where the palatability was only fair the chemical activity resulted in excellent mortality. In a field test against a large population of Mus musculus the results proved very satisfactory. Difethialone is toxic to birds and fish. However, it seems to be better tolerated by dogs and pigs, animals that are frequently on the list of accidental poisonings. Difethialone is stored over a prolonged period in the liver but the risk to non-target species consuming rodents having ingested the compound does not seem to be high. For reasons attributed to the mode of action, difethialone must be handled with precautions as other anticoagulants for which Vitamin Kj is the antidote. In the event of an accidental poisoning, an antidotal therapy plan is proposed. The lower levels of active ingredient in finished baits (25 ppm) should pose a low risk to non-target species.