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

Computed tomography (CT) virtual autopsy and classical autopsy discrepancies: radiologist's error or a demonstration of post-mortem multi-detector computed tomography (MDCT) limitation?

Modern imaging technologies, such as computed tomography (CT) techniques, represent a great challenge in forensic pathology. The field of forensics has experienced a rapid increase in the use of these new techniques to support investigations on critical cases, as indicated by the implementation of CT scanning by different forensic institutions worldwide. Advances in CT imaging techniques over the past few decades have finally led some authors to propose that virtual autopsy, a radiological method applied to post-mortem analysis, is a reliable alternative to traditional autopsy, at least in certain cases. The authors investigate the occurrence and the causes of errors and mistakes in diagnostic imaging applied to virtual autopsy. A case of suicide by a gunshot wound was submitted to full-body CT scanning before autopsy. We compared the first examination of sectional images with the autopsy findings and found a preliminary misdiagnosis in detecting a peritoneal lesion by gunshot wound that was due to radiologist's error. Then we discuss a new emerging issue related to the risk of diagnostic failure in virtual autopsy due to radiologist's error that is similar to what occurs in clinical radiology practice.

Accuracy of low-dose computed tomography (CT) for detecting and characterizing the most common CT-patterns of pulmonary disease

To assess the ability of low-dose CT to detect and characterize the most common CT patterns of pulmonary disease.

Volumetric analysis of lung nodules in computed tomography (CT): comparison of two different segmentation algorithm softwares and two different reconstruction filters on automated volume calculation.

BACKGROUND A precise detection of volume change allows for better estimating the biological behavior of the lung nodules. Postprocessing tools with automated detection, segmentation, and volumetric analysis of lung nodules may expedite radiological processes and give additional confidence to the radiologists. PURPOSE To compare two different postprocessing software algorithms (LMS Lung, Median Technologies; LungCARE®, Siemens) in CT volumetric measurement and to analyze the effect of soft (B30) and hard reconstruction filter (B70) on automated volume measurement. MATERIAL AND METHODS Between January 2010 and April 2010, 45 patients with a total of 113 pulmonary nodules were included. The CT exam was performed on a 64-row multidetector CT scanner (Somatom Sensation, Siemens, Erlangen, Germany) with the following parameters: collimation, 24x1.2 mm; pitch, 1.15; voltage, 120 kVp; reference tube current-time, 100 mAs. Automated volumetric measurement of each lung nodule was performed with the two different postprocessing algorithms based on two reconstruction filters (B30 and B70). The average relative volume measurement difference (VME%) and the limits of agreement between two methods were used for comparison. RESULTS At soft reconstruction filters the LMS system produced mean nodule volumes that were 34.1% (P < 0.0001) larger than those by LungCARE® system. The VME% was 42.2% with a limit of agreement between -53.9% and 138.4%.The volume measurement with soft filters (B30) was significantly larger than with hard filters (B70); 11.2% for LMS and 1.6% for LungCARE®, respectively (both with P < 0.05). LMS measured greater volumes with both filters, 13.6% for soft and 3.8% for hard filters, respectively (P < 0.01 and P > 0.05). CONCLUSION There is a substantial inter-software (LMS/LungCARE®) as well as intra-software variability (B30/B70) in lung nodule volume measurement; therefore, it is mandatory to use the same equipment with the same reconstruction filter for the follow-up of lung nodule volume.

Evaluation of treatment response after chemoembolisation (TACE) in hepatocellular carcinoma using real time image fusion of contrast-enhanced ultrasound (CEUS) and computed tomography (CT)--preliminary results.

OBJECTIVE To evaluate treatment response of hepatocellular carcinoma (HCC) after transarterial chemoembolization (TACE) with a new real-time imaging fusion technique of contrast-enhanced ultrasound (CEUS) with multi-slice detection computed tomography (CT) in comparison to conventional post-interventional follow-up. MATERIAL AND METHODS 40 patients with HCC (26 male, ages 46-81 years) were evaluated 24 hours after TACE using CEUS with ultrasound volume navigation and image fusion with CT compared to non-enhanced CT and follow-up contrast-enhanced CT after 6-8 weeks. Reduction of tumor vascularization to less than 25% was regarded as "successful" treatment, whereas reduction to levels >25% was considered as "partial" treatment response. Homogenous lipiodol retention was regarded as successful treatment in non-enhanced CT. RESULTS Post-interventional image fusion of CEUS with CT was feasible in all 40 patients. In 24 patients (24/40), post-interventional image fusion with CEUS revealed residual tumor vascularity, that was confirmed by contrast-enhanced CT 6-8 weeks later in 24/24 patients. In 16 patients (16/40), post-interventional image fusion with CEUS demonstrated successful treatment, but follow-up CT detected residual viable tumor (6/16). Non-enhanced CT did not identify any case of treatment failure. Image fusion with CEUS assessed treatment efficacy with a specificity of 100%, sensitivity of 80% and a positive predictive value of 1 (negative predictive value 0.63). CONCLUSIONS Image fusion of CEUS with CT allows a reliable, highly specific post-interventional evaluation of embolization response with good sensitivity without any further radiation exposure. It can detect residual viable tumor at early state, resulting in a close patient monitoring or re-therapy.

Dosimetric Evaluation of Metal Artefact Reduction using Metal Artefact Reduction (MAR) Algorithm and Dual-energy Computed Tomography (CT) Method

Purpose: Computed Tomography (CT) is one of the standard diagnostic imaging modalities for the evaluation of a patient’s medical condition. In comparison to other imaging modalities such as Magnetic Resonance Imaging (MRI), CT is a fast acquisition imaging device with higher spatial resolution and higher contrast-to-noise ratio (CNR) for bony structures. CT images are presented through a gray scale of independent values in Hounsfield units (HU). High HU-valued materials represent higher density. High density materials, such as metal, tend to erroneously increase the HU values around it due to reconstruction software limitations. This problem of increased HU values due to metal presence is referred to as metal artefacts. Hip prostheses, dental fillings, aneurysm clips, and spinal clips are a few examples of metal objects that are of clinical relevance. These implants create artefacts such as beam hardening and photon starvation that distort CT images and degrade image quality. This is of great significance because the distortions may cause improper evaluation of images and inaccurate dose calculation in the treatment planning system. Different algorithms are being developed to reduce these artefacts for better image quality for both diagnostic and therapeutic purposes. However, very limited information is available about the effect of artefact correction on dose calculation accuracy. This research study evaluates the dosimetric effect of metal artefact reduction algorithms on severe artefacts on CT images. This study uses Gemstone Spectral Imaging (GSI)-based MAR algorithm, projection-based Metal Artefact Reduction (MAR) algorithm, and the Dual-Energy method.

Materials and Methods: The Gemstone Spectral Imaging (GSI)-based and SMART Metal Artefact Reduction (MAR) algorithms are metal artefact reduction protocols embedded in two different CT scanner models by General Electric (GE), and the Dual-Energy Imaging Method was developed at Duke University. All three approaches were applied in this research for dosimetric evaluation on CT images with severe metal artefacts. The first part of the research used a water phantom with four iodine syringes. Two sets of plans, multi-arc plans and single-arc plans, using the Volumetric Modulated Arc therapy (VMAT) technique were designed to avoid or minimize influences from high-density objects. The second part of the research used projection-based MAR Algorithm and the Dual-Energy Method. Calculated Doses (Mean, Minimum, and Maximum Doses) to the planning treatment volume (PTV) were compared and homogeneity index (HI) calculated.

Results: (1) Without the GSI-based MAR application, a percent error between mean dose and the absolute dose ranging from 3.4-5.7% per fraction was observed. In contrast, the error was decreased to a range of 0.09-2.3% per fraction with the GSI-based MAR algorithm. There was a percent difference ranging from 1.7-4.2% per fraction between with and without using the GSI-based MAR algorithm. (2) A range of 0.1-3.2% difference was observed for the maximum dose values, 1.5-10.4% for minimum dose difference, and 1.4-1.7% difference on the mean doses. Homogeneity indexes (HI) ranging from 0.068-0.065 for dual-energy method and 0.063-0.141 with projection-based MAR algorithm were also calculated.

Conclusion: (1) Percent error without using the GSI-based MAR algorithm may deviate as high as 5.7%. This error invalidates the goal of Radiation Therapy to provide a more precise treatment. Thus, GSI-based MAR algorithm was desirable due to its better dose calculation accuracy. (2) Based on direct numerical observation, there was no apparent deviation between the mean doses of different techniques but deviation was evident on the maximum and minimum doses. The HI for the dual-energy method almost achieved the desirable null values. In conclusion, the Dual-Energy method gave better dose calculation accuracy to the planning treatment volume (PTV) for images with metal artefacts than with or without GE MAR Algorithm.

Caractérisation du pergélisol : application d’une nouvelle méthode afin d’estimer la conductivité thermique à l’aide de la tomodensitométrie

La construction dans l’Arctique nécessite une connaissance précise des propriétés thermiques et géotechniques du pergélisol. La connaissance de ces propriétés est également nécessaire pour le paramétrage des modèles de transfert de chaleur. Des études antérieures ont démontré le grand potentiel de l’utilisation de la tomodensitométrie pour les mesures du volume des composantes du pergélisol et la visualisation de la cryostructure. Une nouvelle approche est proposée pour mesurer la conductivité thermique du pergélisol. Les objectifs généraux de ce projet sont (1) d’élaborer une nouvelle méthode de caractérisation du pergélisol à l’aide de la tomodensitométrie et de modèle éprouvés et (2) de comparer et mettre au point une méthode novatrice pour mesurer la conductivité thermique et des paramètres géotechniques. Les résultats démontrent que les tests effectués à l’aide de la tomodensitométrie donnent des résultats d’une valeur scientifique comparable aux autres méthodes existantes de mesure de déjà existantes de conductivité thermique du pergélisol.

Étude des artefacts en tomodensitométrie par simulation Monte Carlo

En radiothérapie, la tomodensitométrie (CT) fournit l’information anatomique du patient utile au calcul de dose durant la planification de traitement. Afin de considérer la composition hétérogène des tissus, des techniques de calcul telles que la méthode Monte Carlo sont nécessaires pour calculer la dose de manière exacte. L’importation des images CT dans un tel calcul exige que chaque voxel exprimé en unité Hounsfield (HU) soit converti en une valeur physique telle que la densité électronique (ED). Cette conversion est habituellement effectuée à l’aide d’une courbe d’étalonnage HU-ED. Une anomalie ou artefact qui apparaît dans une image CT avant l’étalonnage est susceptible d’assigner un mauvais tissu à un voxel. Ces erreurs peuvent causer une perte cruciale de fiabilité du calcul de dose. Ce travail vise à attribuer une valeur exacte aux voxels d’images CT afin d’assurer la fiabilité des calculs de dose durant la planification de traitement en radiothérapie. Pour y parvenir, une étude est réalisée sur les artefacts qui sont reproduits par simulation Monte Carlo. Pour réduire le temps de calcul, les simulations sont parallélisées et transposées sur un superordinateur. Une étude de sensibilité des nombres HU en présence d’artefacts est ensuite réalisée par une analyse statistique des histogrammes. À l’origine de nombreux artefacts, le durcissement de faisceau est étudié davantage. Une revue sur l’état de l’art en matière de correction du durcissement de faisceau est présentée suivi d’une démonstration explicite d’une correction empirique.

Description du développement épiphysaire du tarse et du grasset équin à l’IRM et au CT : un pas vers la compréhension de l’OCD

L’ostéochondrite disséquante (OCD) est un défaut focal du processus d’ossification endochondrale en des sites spécifiques au niveau épiphysaire. Elle est caractérisée par la présence de fragments ostéochondraux pouvant se détacher de la surface articulaire. Cette maladie a un impact majeur sur les performances athlétiques des chevaux. Les deux hypothèses principales présentement véhiculées quant à sa pathogénie sont une nécrose ischémique du cartilage de croissance et une altération du métabolisme de la matrice de collagène de type II au sein du cartilage de croissance. Malgré de nombreuses années de recherche sur le sujet, plusieurs aspects de cette maladie demeurent inconnus. L’objectif de cette étude était de décrire le développement épiphysaire équin au niveau du membre pelvien à l’aide de l’imagerie médicale afin de déterminer si des variations du processus de maturation à certains sites pouvaient être un facteur prédisposant au développement de lésions d’OCD. Des membres pelviens de fœtus et de jeunes poulains ont été étudiés post-mortem. L’épiphyse du fémur distal, tibia distal et du talus ont été examinées par tomodensitométrie (CT) et résonnance magnétique 1.5 Tesla (IRM) dans le but de documenter le degré et le patron d’ossification, la régularité du front d’ossification, de même que le pourcentage du diamètre épiphysaire demeurant occupé par le complexe de cartilage articulaire-épiphysaire, et ce au niveau de certains sites prédéterminés. Les centres secondaires d’ossification (SOCs) ont été détectés pour la première fois à 7 mois de gestation (MOG) au niveau de l’épiphyse fémorale distale et à 8 MOG au niveau de l’épiphyse tibiale distale et du talus. À 8-9 MOG la lèvre latérale de la trochlée fémorale, la malléole médiale du tibia (MM) et la partie crâniale de la crête intermédiaire du tibia distal (DIRT(Cr)), tous des sites prédisposés à la maladie, avaient le plus haut pourcentage de cartilage de tous les sites évalués. Post-partum, le pourcentage de cartilage de la MM et de la DIRT(Cr) sont demeurés importants. Le CT et l’IRM ont su illustrer le développement épiphysaire équin et soutenir d’avantage le fait qu’un cartilage plus épais à certains sites articulaires pourrait avoir un rôle dans le développement de lésions d’OCD.

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.

Réduction des artéfacts de tuteur coronarien au moyen d’un algorithme de reconstruction avec renforcement des bords : étude prospective transversale en tomodensitométrie 256 coupes

Les artéfacts métalliques entraînent un épaississement artéfactuel de la paroi des tuteurs en tomodensitométrie (TDM) avec réduction apparente de leur lumière. Cette étude transversale prospective, devis mesures répétées et observateurs avec méthode en aveugle, chez 24 patients consécutifs/71 tuteurs coronariens a pour objectif de comparer l’épaisseur de paroi des tuteurs en TDM après reconstruction par un algorithme avec renforcement des bords et un algorithme standard. Une angiographie coronarienne par TDM 256 coupes a été réalisée, avec reconstruction par algorithmes avec renforcement des bords et standard. L’épaisseur de paroi des tuteurs était mesurée par méthodes orthogonale (diamètres) et circonférentielle (circonférences). La qualité d’image des tuteurs était évaluée par échelle ordinale, et les données analysées par modèles linéaire mixte et régression logistique des cotes proportionnelles. L’épaisseur de paroi des tuteurs était inférieure avec l’algorithme avec renforcement des bords comparé à l’algorithme standard, avec les méthodes orthogonale (0,97±0,02 vs 1,09±0,03 mm, respectivement; p<0,001) et circonférentielle (1,13±0,02 vs 1,21±0,02 mm, respectivement; p<0,001). Le premier causait moins de surestimation par rapport à l’épaisseur nominale comparé au second, avec méthodes orthogonale (0,89±0,19 vs 1,00±0,26 mm, respectivement; p<0,001) et circonférentielle (1,06±0,26 vs 1,13±0,31 mm, respectivement; p=0,005) et diminuait de 6 % la surestimation. Les scores de qualité étaient meilleurs avec l’algorithme avec renforcement des bords (OR 3,71; IC 95% 2,33–5,92; p<0,001). En conclusion, la reconstruction des images avec l’algorithme avec renforcement des bords génère des parois de tuteurs plus minces, moins de surestimation, et de meilleurs scores de qualité d’image que l’algorithme standard.

Verification of computed tomographic estimates of cochlear implant array position: A micro-CT and histological analysis

We examine the efficacy two volume spatial registration of pre and postoperative clinical computed tomography (CT) imaging to verify post-operative electrode array placement in cochlear implant (CI) patients. To measure the degree of accuracy with which the composite image predicts in-vivo placement of the array, we replicate the CI surgical process in cadaver heads. Pre-operative, post-operative, micro CT imaging and histology are utilized for verification.

Computed tomographic-dacryocystography (CT-DCG) of the normal canine nasolacrimal drainage system with three-dimensional reconstruction

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influence of anatomical location on CT numbers in cone beam computed tomography

Objective: To assess the influence of anatomical location on computed tomography (CT) numbers in mid- and full field of view (FOV) cone beam computed tomography (CBCT) scans. Study Design: Polypropylene tubes with varying concentrations of dipotassium hydrogen phosphate (K2HPO4) solutions (50-1200 mg/mL) were imaged within the incisor, premolar, and molar dental sockets of a human skull phantom. CBCT scans were acquired using the NewTom 3G and NewTom 5G units. The CT numbers of the K2HPO 4 phantoms were measured, and the relationship between CT numbers and K2HPO4 concentration was examined. The measured CT numbers of the K2HPO4 phantoms were compared between anatomical sites. Results: At all six anatomical locations, there was a strong linear relationship between CT numbers and K2HPO4 concentration (R 2 > 0.93). However, the absolute CT numbers varied considerably with the anatomical location. Conclusion: The relationship between CT numbers and object density is not uniform through the dental arch on CBCT scans. © 2013 Elsevier Inc.

Assessment of CT numbers in limited and medium field-of-view scans taken using Accuitomo 170 and Veraviewepocs 3De cone-beam computed tomography scanners

To assess the influence of anatomic location on the relationship between computed tomography (CT) number and X-ray attenuation in limited and medium field-of-view (FOV) scans. Materials and Methods Tubes containing solutions with different concentrations of K2HPO4 were placed in the tooth sockets of a human head phantom. Cone-beam computed tomography (CBCT) scans were acquired, and CT numbers of the K2HPO4 solutions were measured. The relationship between CT number and K2HPO4 concentration was examined by linear regression analyses. Then, the variation in CT number according to anatomic location was examined. Results The relationship between K2HPO4 concentration and CT number was strongly linear. The slopes of the linear regressions for the limited FOVs were almost 2-fold lower than those for the medium FOVs. The absolute CT number differed between imaging protocols and anatomic locations. Conclusion There is a strong linear relationship between X-ray attenuation and CT number. The specific imaging protocol and anatomic location of the object strongly influence this relationship.