PARTIAL-VOLUME EFFECT ON ISCHEMIC TISSUE-FATE DELINEATION USING QUANTITATIVE PERFUSION AND DIFFUSION IMAGING ON A RAT STROKE MODEL

Partial-volume effects (PVE) in stroke imaging could hinder proper delineation of normal, ischemic and at-risk tissues. Cerebral-blood-flow (CBF) and apparent-diffusion-coefficient (ADC) were measured at high- and low-resolution in focal ischemia in rats during the acute phase. The data were quantitatively evaluated for PVE on ischemic tissue classification on a pixel-by-pixel basis and the mis-classified pixels were quantified as ischemia progressed. It was concluded that PVE: 1) misclassified substantial pixels along the normal-abnormal boundaries, 2) overestimated abnormal volumes at the expense of mostly “at-risk” and some “normal” tissues, and 3) confounded the interpretation of the operationally defined ischemic penumbra.

PVE trong công nghệ tạo ảnh để nghiên cứu tai biến mạch máu não có thể gây cản trở cho việc mô tả các mô ở trạng thái nguy hiểm, thiếu dưỡng khí, và bình thường. Lưu lượng máu của não (CBF) và hệ số khuếch tán biểu kiến (ADC) được xác định tại mức phân giải cao và thấp trong tình trạng nghẽn máu tập trung trên chuột trong suốt giai đoạn cấp tính. Dữ liệu sau đó được đánh giá một cách định lượng cho PVE trên loại mô nghẽn máu dựa trên cơ sở điểm và điểm. Các điểm bị phân loại sai được xác định như là sự nghẽn máu đã phát triển. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng PVE: 1) phân loại sai các điểm quan trọng dọc theo các đường ranh giới giữa bình thường và không bình thường, 2) đánh giá vượt quá các vùng thể tích không bình thường, điều này không có lợi cho các mô bình thường và mô nguy hiểm, 3) làm sai lệch sự thể hiện của các vùng được coi như là bị nghẽn máu cục bộ.

Three distinct anatomical “layers” in the cat retina were resolved using MRI. The inner strip, exhibiting a long T2 and high ADC,overlaps the inner retinal vasculature and ganglion cell layer. The middle strip, exhibiting a short T2 and low ADC, overlaps the bipolar cell layer. The outer strip, exhibiting similar characteristics as the inner strip, overlaps the choroidal vasculature and photoreceptor layer. Gd-DTPA enhanced T1-weighted images showed signal enhancement at the two opposing boundaries of the retinal thickness with the “outer” boundary markedly enhanced and thicker. The retinal thickness, including the retinal/choroid complex, was estimated to be 400-500 m.

Ba lớp cấu trúc của các tế bào riêng biệt của võng mạc ở mèo được phân tích bằng công nghệ tạo ảnh cộng hưởng từ. Dải phía trong, thể hiện T2 dài và ADC cao, nằm chồng lên lớp cell hạch và cấu trúc mạch võng mạc phía trong. Strip giữa, thể hiện T2 ngắn và ADC thấp, chồng lên lớp cell lưỡng cực. Dải phía ngoài cùng, thể hiện đặc tính giống như dải phía trong, chồng lên lớp tế bào nhận ánh sáng và cấu trúc mạch tròng trắng. Với Gd-DTPA được bổ sung các hình ảnh của T1-weighted, sự bổ sung tín hiệu tại hai đường ranh giới đối diện của lớp võng mạc được xác định, trong đó đường ranh giới ngoài dày hơn và được bổ sung rõ rệt hơn. Độ dày của võng mạc, bao gồm cả võng mạc va tròng trắng, được đánh giá vào khoảng 400-500 micrometer.

An algorithm was developed to statistically predict ischemic tissue fate in acute stroke rats subjected to permanent MCAO. Quantitative perfusion and diffusion imaging was performed and an automated clustering (ISODATA) technique was used to classify ischemic tissue types. Probability profiles were derived from a training data set and probability maps of risk of subsequent infarction were computed in another group of animals as ischemia progressed. Performance measures (sensitivity, specificity, and receiver operating characteristic) showed that prediction made based on combined ADC+CBF data accurately predict tissue infarction and outperformed those based on ADC or CBF data alone.

Thuật toán cho phép dự đoán xác suất tình trạng của mô nghẽn máu trong chuột đột quị cấp tính dưới điều kiện MCAO thường trực được chúng tôi đưa ra. Công nghệ tạo ảnh khuếch tán và tập trung định lượng cùng với công nghệ tạo nhóm tự động (ISODATA) đã được sử dụng giúp cho quá trình phân loại các mô thiếu máu. Trong nghiên cứu này, các mô tả xác suất được xây dựng từ một tập hợp dữ liệu được tính toán trước; các bản đồ xác suất về rủi ro xuất hiện chứng nhồi máu được tính toán trên một nhóm các động vật khác thiếu máu cục bộ. Các kết quả thu được (độ nhạy, đặc trưng, và đặc tính hoạt động thu nhận) chỉ ra rằng việc dự đoán về chứng nhồi máu có thể được thực hiện một cách chính xác dựa trên các dữ liệu của ADC và CBF. Phương pháp này cho thấy khả năng thực hiện vượt trội so với các phương pháp chỉ đơn thuần dựa trên ADC hoặc CBF.

An algorithm was extended to statistically predict ischemic tissue fate in acute stroke rats subjected to transient middle-cerebral-artery occlusion. Quantitative perfusion diffusion and T2 imagings were acquired and an automated clustering (ISODATA) technique was used to classify ischemic tissue types and determine final inarct. Probability of infact profiles were derived from a training data set and probability maps of risk of subsequent infarction were computed in another group of animals as ischemia progressed. Predictions were compared with endpoint imaging and TTC at 24hrs. Performance measures (sensitivity, specificity, and receiver operating characteristic curve) were derived to evaluate the prediction algorithm.

Thuật toán cho phép dự đoán xác suất tình trạng của mô do nghẽn máu đối với chuột đột quị cấp tính dưới điều kiện động mạch bị tạm thời tắc nghẽn được chúng tôi đưa ra. Công nghệ tạo ảnh T2 và khuếch tán tập trung định lượng cùng với công nghệ tạo nhóm tự động (ISODATA) đã được sử dụng giúp cho quá trình phân loại các mô bị nghẽn máu và xác định quá trình cuối của chứng nhồi máu. Trong nghiên cứu này, các mô tả xác suất được xây dựng từ một tập hợp dữ liệu được tính toán trước; các bản đồ xác suất về rủi ro xuất hiện chứng nhồi máu được tính toán trên một nhóm các động vật khác như là bị nghẽn máu. Các dự đoán sau đó được so sánh với các ảnh cuối và TTC trong 24 giờ. Kết quả thu được (độ nhạy, đặc trưng, và đặc tính hoạt động thu nhận) cuối cùng được phân tích để đánh giá khả năng thực hiện của thuật toán.

Articular cartilage is studied because of its importance to joint function, and its susceptibility to degeneration during osteoarthritis and related diseases. A good model of articular cartilage load carriage would be required to predict its biomechanical properties and facilitate the understanding of joint diseases.

In this work, articular cartilage is hypothesized as a porous layered homogeneous material saturated with water. The magnitudes and distribution of both its permeability coefficient and modulus of compressibility are dependent on its health and normality with significant consequences for the pattern of the growth and decay of its fluid’s hydrostatic excess pore pressure. In order to achieve the aim of this paper a rheological analogue representing the structure of the cartilage matrix is adopted. This analogue predicts the response of individual layers of the matrix and is described mathematically. The resulting equations are solved numerically to predict the responses of articular cartilage samples, with both intact and lacerated superficial layers.

The predicted patterns of the hydrostatic excess pore pressure and the solid skeleton effective stress at different positions within the matrix agreed well with the experimental data.

Sụn khớp được nghiên cứu vì tầm quan trọng của nó trong chức năng nối cũng như sự nhạy cảm đối với sự thoái hoá ở bệnh viêm xương khớp và các bệnh có liên quan. Một mô hình tốt của sụn khớp mang vật năng là cần thiết nhằm dự đoán tính chất cơ sinh học và thúc đẩy sự hiểu biết về những bệnh tật của khớp nối. Trong công trình nghiên cứu này, sụn khớp được giả thiết có dạng vật liệu phân lớp rỗng đồng nhất bão hoà với nước. Độ lớn và sự phân bố của cả hệ số thẩm thấu và hệ số nén phụ thuộc vào sức khoẻ, trạng thái bình thường cùng với những hệ quả rõ rệt trong cấu trúc của sự phát triển và phân rã khi trạng thái thuỷ tĩnh của dòng chất lỏng vượt quá áp suất của lỗ. Để có thể đạt được mục tiêu của bài báo này, một mô phỏng lưu biến tương tự đại diện cho cấu trúc của khuôn sụn được sử dụng. Mô phỏng này dự đoán sự phản ứng của các lớp riêng rẽ trong khuôn và được mô tả dưới dạng toán. Các phương trình hệ quả được tính cụ thể để dự đoán sự phản ứng của các mẫu sụn khớp, với cả lớp tiếp xúc và lớp tổn thương bề mặt.

Các cấu trúc được dự đoán của trạng thái thuỷ tĩnh vượt quá áp suất lỗ và ứng suất thật lên khung rắn ở nhiều vị trí khác nhau trong khuôn phù hợp với dữ liệu thu được từ thí nghiệm.
48

SKIN MECHANICAL MODELLING DERIVED FROM MRI

V Tran, F Charleux ⁽¹⁾, B Capron ⁽¹⁾, A Erlacher ⁽²⁾, MC Ho Ba Tho

Laboratoire de Biomécanique et Génie Biomédical UTC, CNRS 6600

(1) CIMA Centre d'Imagerie Médicale Avancée, Compiègne

(2) LAMI, ENPC, Paris

Abstract

The mechanical properties of human skin in vivo are of great importance in dermatology to predict skin diseases and in cosmetics for testing new pharmaceutical or cosmetic products. The human skin is our body's envelop, consists of three superimposed layers: the epidermis, the dermis and the hypodermis. The combination of MRI method with the mechanical indentation technics is applied for the determination of the mechanical properties of skin. A pre-test has been performed on the left forearm of a young man of 24 years old.

A FEM model has been developed derived from MRI images in order to simulate the different mechanical testings. The constitutive law of Neo-Hookean was assumed for all skin layers. Finally the correlation between the simulation results and the experimental results allows to identify the material parameters from a genetic algorithm method.

MÔ HÌNH CƠ HỌC CỦA DA NGƯỜI TRÊN CƠ SỞ ẢNH MRI

Tóm tắt

Tính chất cơ học của da người đóng vai trò rất quan trọng trong việc chẩn đoán bệnh về da và trong ngành mỹ phẩm để kiểm tra sản phẩm mới. Da người bao gồm 3 lớp: biểu bì, hạ bì và lớp dưới da. Sự phối hợp phương pháp MRI với kỹ thuật biến dạng cơ học được áp dụng để xác định các tính chất cơ học của da. Thực nghiệm được thực hiện trên cẳng tay trái của một đối tượng nam 24 tuổi.

Phương pháp phần tử hữu hạn được phát triển dựa trên hình ảnh MRI để mô phỏng các phép thử cơ học khác nhau. Định luật cơ bản của Neo-Hookean được giả sử đúng cho mọi lớp da. Cuối cùng, sự tương quan giữa kết qua mô phỏng và kết quả thực nghiệm cho phép xác định các thông số vật liệu thông qua phương pháp thuật toán di truyền.

49

Flicker-Fusion Sensitivity as a Non-Invasive Method of Exploring Visual System

Vo Van Toi ⁽¹⁾, Pierre Alain Grounauer ⁽²⁾

(1) Tufts University, Biomedical Engineering Department, Medford, MA 02155, USA,

(2) Hopital Ophthalmique Universitaire de Lausanne, Switzerland

Abstract

Flicker-Fusion is a powerful psychophysical tool for investigating human visual perception. In this presentation, first, the author will describe a visual stimulator that generates a photonic stimulus of the form L(t) = Lo(1+mcos2ft) where L is the instantaneous luminance, Lo is the average luminance, m is the modulation depth and f is the flicker frequency. Second, different experimental data obtained with human subjects as well as cats related to the variation of the aforementioned parameters will be presented. Third, experimental data obtained from clinical cases such as glaucoma, digitalis intoxication and LSD abuse will also be presented. Fourth, a mathematic model of the system will be presented.

Độ nhạy cảm của mắt đối với ánh sáng chớp tắt là một phương pháp trong tâm sinh lý học rất hửu hiệu để nghiên cứu thị giác của con người vì đây là một phương pháp không xâm phạm. Ở đây, trước hết chúng tôi sẽ trình bày cách chế tạo trang thiết bị đặc biệt cho công trình nghiên cứu này. Đó là một máy phát ra tia sáng theo phương trình L(t) = L0(1+mcos2ft) với L là ánh sáng tức thời, L0 là ánh sáng trung bình, m là biên độ xoay chiều và f là tần số . Chúng tôi sẽ lần lượt trình bày các kết quả thử nghiệm trên con người bình thường cũng như trên loài mèo khi chúng tôi thay đổi những thông số nêu trên. Chúng tôi cũng sẽ trình bày những kết quả lâm sàng trong những trường hợp như thiên đầu thống, loạn sắc, trúng độc digitalis và nghiện thuốc LSD. Cuối đến, chúng tôi sẽ đề nghị một mô hình toán học để tổng hợp và dự đoán những kết quả đó.

The aim of this study was to investigate the ability of 3-D silk fibroin matrices to support stem cell adipogenic differentiation in comparison with conventional biomaterials (collagen, PLA) for adipose tissue engineering. Macroporous 3D protein scaffolds with similar sized pores of 550+50 micrometer were prepared either by an organic solvent process (hexafluoro-2-propanol, HFIP) or an aqueous process. Collagen and PLA scaffolds with similar pores size of 550+50 micrometer were also obtained from commercial source. hMSCs and hASCs were expanded, seeded on the scaffolds, and cultured up to 21 days under static conditions and dynamic conditions. hMSCs seeded onto the water-based silk scaffolds and the HFIP-prepared silk scaffolds showed a significant increase in cell numbers (p<0.01) comparing to collagen and PLA scaffolds. Significantly higher (p<0.01) level of positive reaction to oil red O staining was apparent after 21 days of culture in the water-based silk scaffolds and HFIP-derived silk scaffolds in comparison to collagen and PLA scaffolds. Transcript levels for adipogenic specific marker (PPARγ2) increased (p<0.05) in the water-based silk scaffolds in comparison to other materials. Histological analysis showed the development of fat tissue in an extracellular matrix (ECM) in the water-based silk scaffolds with more organization than in other materials after 21 days of culture. In addition, it was observed that water-based silk scaffolds and HFIP-derived silk scaffolds maintained their shapes while other materials were degraded. The results suggest that macroporous 3D aqueous-derived silk fibroin scaffolds and HFIP-derived silk scaffolds provide improved fat-related outcomes in comparison to the conventional materials. These data illustrate the ability of using 3-D silk fibroin matrices in adipose tissue engineering, which has potential applications in a large number of reconstructive, cosmetic and correctional indications.

Mục đích của công trình nghiên cứu này là nghiên cứu tính năng của những mẫu sợi tơ có dạng ma trận 3-D để phân tách ra các tế bào mầm mô mỡ trong sự so sánh với các những vật liệu sinh học thông thường như collagen hay PLA sử dụng trong kỹ thuật tạo mô mỡ. Những tấm nền protein 3-D dạng bọt xốp (kích thước bọt 550+50 micromét) được chế tạo hoặc bằng quy trình dung môi hữu cơ (hexafluoro-2-propanol, HFIP) hoặc quy trình dùng nước. Những tấm nền collagen và PLA với kích thước lỗ 550+50 micromét có thể mua được trên thị trường. hMSCs và hASCs được gieo lên những tấm nền và nuôi cấy chúng trong vòng 21 ngày trong điều kiện tĩnh hoặc động. hMSCs gieo trên nền sợi tơ chuẩn bị bằng nước hoặc bằng HFIP sẽ phát triển với số lượng nhiều hơn đáng kể (p<0.01) so với khi dùng giàn collagen và PLA. Sau 21 ngày nuôi cấy trên nền sợi tơ chuẩn bị bằng nước hoặc bằng HFIP, phản ứng dương tính đối với dầu nhuộm đỏ O sẽ trở nên cao hơn rất nhiều (p<0.01) so với khi dùng giàn collagen và PLA. Mức độ sao bản của chất tạo mô mỡ đặc hiệu (PPARγ2) tăng (p<0.05) so với trường hợp sử dụng các vật liệu khác. Phân tích quá trình cho thấy, sự phát triển của mô mỡ trong khuôn ma trận ngoại bào (ECM) trên nền sợi tơ sẽ có cấu trúc tổ chức tốt hơn những vật liệu khác sau 21 ngày nuôi cấy. Hơn nữa, người ta còn quan sát thấy nền sợi tơ chuẩn bị bằng nước hoặc bằng HFIP có thể duy trì được hình dạng của chúng trong nền bằng những chất khácbị thoái hoá. Những kết quả trên cho thấy, việc sử dụng nền sợi tơ chuẩn bị bằng nước hoặc bằng HFIP sẽ gia tăng lượng thành phẩm nuôi cấy được so với việc dùng các vật liệu thông thường khác. Những thông tin trên đã minh hoạ những ưu điểm khi sử dụng nền sợi tơ chuẩn bị bằng nước hoặc bằng HFIP trong kỹ thuật tạo mô mỡ, một kỹ thuật hiện nay đang phát triển nhanh chóng cùng với những ứng dụng của chúng trong lĩnh vực tái tạo, sửa chữa thẩm mỹ.

ECG instrument canceling noise problem have recognized by this embedded software‘s approach. ECG instrument‘s function is record ECG Signal. ECG instruments have been using in every hospital. ECG signal have affection from 50/60Hz noise. Therefore this problem have been solving very soon.

Analog circuit designed is first option of solution but electronics circuits have a high sensitivity to any changes of environment and have no high accuracy. Noise’s affections are random so electronics filter isn’t suitable therefore quality of filter is not stability as expect, ECG instrument price is high.

One of solution is recommended is trying to design program that run on PC base on LMS algorithm in adaptive filter for 50/60Hz canceling noise from ECG signal with noise which digitalized. This designation allow replace electronic filter with software have equal function and be able to run on any PC. Wavelet transform will be perform later to determine peak of ECG signal. After that, add linking function to external ADC via serial port of PC. We will have an ECG record instrument as peripheral device, monitor patient’s health automatically then send all patient heart’s information to Doctor recurrently.

Hiện nay, việc dùng phần mềm chuyên dụng để loại bỏ nhiễu trong thiết bị ECG đã được thừa nhận. Thiết bị ECG có chức năng ghi nhận tín hiệu điện tâm đồ và chúng đang được sử dụng rộng rãi trong mọi bệnh viện. Tín hiệu ECG chịu ảnh hưởng nhiễu ở tần số 50/60Hz. Chính vì thế, vấn đề loại được nhiễu này phải được giải quyết.

Thiết kế một mạch lọc analog được xem là giải pháp đầu tiên để lựa chọn. Tuy nhiên, những mạch điện tử này có độ nhạy quá lớn đối với những sự thay đổi từ môi trường bên ngoài và độ chính xác của chúng cũng không cao. Mặt khác, sự ảnh hưởng của nhiễu mang tính ngẫu nhiên cho nên mạch lọc điện tử được xem là không thích hợp. Chất lượng bộ lọc sẽ không ổn định như mong đợi và giá thành thiết bị ECG sẽ tăng cao.

Một giải pháp khác được đề cập là thiết kế một chương trình chạy trên máy PC bằng cách dựa trên thuật toán LMS cho bộ lọc đáp ứng tần số 50/60Hz để loại bỏ tín hiệu nhiễu (đã được số hóa) ra khỏi tín hiệu ECG. Công việc này cho phép thay thế bộ lọc sử dụng mạch điện tử bằng phần mềm máy tính có chức năng tương tự có thể chay trên bất cứ máy PC nào. Phép biến đổi Wavelets sẽ được áp dụng sau khi đã xác định được các đỉnh của tín hiệu ECG. Sau đó, ta sẽ thêm vào tính năng kết nối với ADC bên ngoài thông qua cổng serial của PC. Lúc này, chúng ta xem thiết bị ghi nhận tín hiệu ECG như là một thiết bị ngoại vi có khả năng giám sát sức khỏe bệnh nhân một cách tự động và có thể chuyển một cách đều đặn tất cả thông tin về tim mạch của bệnh nhân tới bác sĩ.

The effects of the magnetic field on in vitro systems were studied. In maize androgenesis magnetic field showed positive effect on embryo production, increasing frequency of embryo formation from 11.6% to 33.3% and plant regeneration frequency from 0.33 to 1.51%. North and south poles have different impact level on this system. The embryo production and plant regeneration frequency on the south were higher than on the north pole. Study on the impact of intensity of permanent magnet on maize microspores showed that in our system maximum positive effect achieved when the intensity of magnet was 1500 Gauss. Further increasing of magnet intensity reduced positive effect. When PD with anthers placed between two magnets intensity of 1000 Gauss embryos formation from microspores inhibited. Immersed magnets intensity of 600 Gauss in culture medium with anthers showed lethal effect to microspores.

Những ảnh hưởng của từ trường lên các hệ thống trong ống nghiệm đã được nghiên cứu. Trong kích thích sinh mầm bắp, từ trường thể hiện những tác động rõ rệt lên phôi, làm tăng tần số tạo phôi từ 11.6% đến 33.3% và tần số hồi phục thực vật từ 0.33% đến 1.51%. Cực bắc và nam có mức độ tác động khác nhau. Sản phẩm phôi và tần số hồi phục thực vật ở cực nam cao hơn cực bắc. Nghiên cứu về sự tác động của nam châm vĩnh cửu lên bào tử bắp cho thấy sự tác động lớn nhất có thể đạt được khi cường độ từ trường là 1500 Gauss. Nếu cường độ từ trường lớn hơn, hiệu quả tác động sẽ giảm. Khi PD vôùi bao phấn được đặt giữa 2 nam châm có cường độ từ trường 1000 Gauss thì sự tạo phôi từ tiểu bào tử sẽ thiếu tự nhiên. Nam châm trong nước cường độ 600 Gauss trong môi trường nuôi cấy với bao phấn sẽ làm chết tiểu bào tử.