La thérapie de resynchronisation cardiaque (CRT) est un traitement qui diminue la mortalité et améliore la qualité de vie des patients atteints d’insuffisance cardiaque et présentant un dyssynchronisme de la contraction ventriculaire gauche. Malgré le succès de cette thérapie, plus de 30% des patients ne présentent pas l’amélioration désirée. Plusieurs études portant sur le synchronisme électrique ou mécanique de la contraction ont été effectuées mais peu d’entres elles se sont attardées sur le couplage électromécanique à l'échelle macroscopique. Ce projet a comme objectif d’observer le comportement électromécanique des ventricules canins en présence d’un resynchronisateur cardiaque. Un logiciel a été développé pour permettre l’analyse des informations provenant de la cartographie endocardique sans contact et de la ventriculographie isotopique tomographique chez 12 sujets canins insuffisants. Pour observer la réponse mécanique suite à l’activation électrique, nous avons premièrement recalé les surfaces issues des 2 modalités. Ensuite, nous avons défini les limites du cycle cardiaque, analysé les signaux électriques et les courbes de déplacement de la paroi endocardique. Le début de la contraction est défini par un déplacement radial de 10% vers le centre du ventricule. Les résultats démontrent que la durée d’activation du ventricule gauche et la largeur du QRS augmentent en présence d’une stimulation externe et que les délais électromécaniques sont indépendants dans les modes de stimulation étudiés (sinusal, LVbasal, RVapex ou BIV) avec une moyenne de 84,56±7,19 ms. Finalement, nous avons noté que la stimulation basolatérale procure une fonction cardiaque optimale malgré une durée prolongée du QRS. / Cardiac Resynchronization Therapy (CRT) is known to decrease mortality rate and improve the quality of life for patients suffering from heart failure with left ventricular contraction dyssynchrony. However, it has been shown that 30% of patients do not respond to this therapy. Many studies have investigated the electrical or mechanical synchronism of contraction but few have studied the activation contraction coupling on a macroscopic level. The objective of this study is to observe the left ventricle’s electromechanical behaviour under biventricular stimulation. A software has been developed to analyse the data coming from non-contact mapping and blood pool SPECT for 12 dogs with heart failure. In order to observe the mechanical response following an electrical activation, we have registered 3D surfaces generated by the 2 modalities. Afterward, we defined the cardiac cycle limits, and we analyzed electrical signals as well as endocardial wall displacement curves where the onset of contraction was defined as a 10% inward radial displacement. Results show that both duration of left ventricular activation and QRS increase with pacing and that electromechanical delays are independent of stimulation mode (mean value 84,56 ± 7,19 ms). Finally, we observed that basolateral stimulation shows the best improvement for left ventricular function while presenting a long QRS duration.

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Graphics processing units (GPUs) are used today in a wide range of applications, mainly because they can dramatically accelerate parallel computing, are affordable and energy efficient. In the field of medical imaging, GPUs are in some cases crucial for enabling practical use of computationally demanding algorithms. This review presents the past and present work on GPU accelerated medical image processing, and is meant to serve as an overview and introduction to existing GPU implementations. The review covers GPU acceleration of basic image processing operations (filtering, interpolation, histogram estimation and distance transforms), the most commonly used algorithms in medical imaging (image registration, image segmentation and image denoising) and algorithms that are specific to individual modalities (CT, PET, SPECT, MRI, fMRI, DTI, ultrasound, optical imaging and microscopy). The review ends by highlighting some future possibilities and challenges.

Le développement de plusieurs méthodes de reconstruction quantitatives dédiées à la Tomographie par Emission Mono Photonique du petit animal a été au cœur de cette thèse. Dans cette optique, une modélisation rigoureuse par simulation Monte Carlo du processus d’acquisition du système disponible, a été mise en place et validée. La modélisation matricielle combinée à l’algorithme de reconstruction itératif OS-EM, a permis la caractérisation des performances du système. Les valeurs de sensibilité et de résolution spatiale tomographique sont respectivement de 0,027% au centre du champ de vue et de 0,87 mm. Les limitations majeures des méthodes Monte Carlo nous ont conduit à développer une génération matricielle efficace et simplifiée des effets physiques occurrents dans le sujet. Mon approche, basée sur une décomposition de la matrice système, associée à une base de données pré-calculées, a démontré un temps acceptable pour un suivi quotidien (1h), conduisant à une reconstruction d’images personnalisée. Les approximations inhérentes à l’approche mise en place ont un impact modéré sur les valeurs des coefficients de recouvrement, une correction d’environ 10% ayant été obtenue. / My thesis focuses on the development of several quantitative reconstruction methods dedicated to small animal Single Photon Emission Computed Tomography. The latter is based on modeling the acquisition process of a 4-heads pinhole SPECT system using Monte Carlo simulations.The system matrix approach, combined with the OS-EM iterative reconstruction algorithm, enabled to characterize the system performances and to compare it to the state of the art. Sensitivity of about 0,027% in the center of the field of view combined with a tomographic spatial resolution of 0,87 mm were obtained.The major drawbacks of Monte Carlo methods led us to develop an efficient and simplified modeling of the physical effects occurring in the subject. My approach based on a system matrix decomposition, associated to a scatter pre-calculated database method, demonstrated an acceptable time for a daily imaging subject follow-up (1h), leading to a personalized imaging approach. The inherent approximations of the scatter pre-calculated approach have a moderate impact on the recovery coefficients results, nevertheless a correction of about 10% was achieved.

Les méthodes d'imagerie médicale non invasives, comme la scintigraphie monophotonique (SPECT) ou la tomographie par émission de positons (PET), sont des outils précieux pour le développement et la validation de nouvelles molécules thérapeutiques. Cette approche nécessite la fixation d'une molécule émettrice d'un signal sur un traceur biologique, par exemple par marquage radioisotopique. Parmi les radionucléides largement utilisés en médecine nucléaire, des cations tels que 111In3+ pour la SPECT, 64Cu2+ et 68Ga3+ pour la PET ont été mis en œuvre ces dernières années. Afin de minimiser la distribution de l'élément radioactif par transmétallation ou par transchélation dans l'organisme, il est indispensable de piéger sélectivement le radiométal visé par des ligands adaptés qui forment des complexes stables et inertes vis-à-vis de la démétallation. De nombreux travaux impliquant des ligands polyazotés linéaires ou cycliques ont été entrepris, mais le choix des ligands a rarement été étayé par une caractérisation structurale, thermodynamique et cinétique complète de leurs propriétés de coordination. L'objet de nos travaux est l'étude physico-chimique de ligands modèles N fonctionnalisés en série tétraazamacrocyclique afin d'évaluer l'impact du remplacement d' un groupe acétate par une fonction acétamide lors de la conjugaison du macrocycle au vecteur biologique via un bras de coordination. Les constantes de formation des complexes avec les isotopes naturels du Cu2+, Ga3+ et In3+, ainsi qu'avec les cations métalliques biologiquement importants tels que le Mg2+, Ca2+, Fe3+ et Zn2+ ont été mesurées. Par la suite, nous nous sommes efforcés de synthétiser et d'isoler les complexes métalliques formés avec les ions ciblés (Cu2+, Ga3+, In3+) dans le but de les caractériser par différentes méthodes spectroscopiques (RMN, RPE, UV-visible, IR, MS-ESI) ainsi que par diffraction des rayons X. Par ailleurs, les potentiels redox des complexes de cuivre(II) ont été déterminés dans l'optique d'identifier ceux qui ne sont pas susceptibles d'être réduits par les réducteurs physiologiques. / Noninvasive medical imaging techniques such as single-photon emission computed tomography (SPECT) or positron emission tomography (PET), are valuable tools for the development and validation of new therapeutic molecules. That approach requires the conjugation of a radioactive source emitting either y-rays or positrons with a biological tracer (e.g. DOTATOC). Among the potentially useful radionuclides available, 111In3+ (SPECT), 64Cu2+, and 68Ga3+ (PET) have attracted increasing attention over the last years for medical applications. To minimize the in vivo release of the radioactive cation by transmetalation or transchelation with biological ligands, it is essential to trap selectively the targeted radiometal by a suitable bifunctional chelator that forms stable and inert complexes. Many studies involving linear or cyclic sequestering agents have been reported, but their choice has only rarely been supported by a thorough structural, thermodynamic, and kinetic characterization of their coordination properties. The purpose of our work is to assess the structural and thermodynamic consequences of replacing an acetate binding unit by an amide group that mimics the peptide bond found in the linker of DOTATOC-like radiopharmaceuticals. Complexes incorporating 12, 13, or 14-membered N-functionalized tetraazamacrocycles and the targeted cations (Cu2+, Ga3+, In3+) have been isolated and structurally characterized by X-ray diffraction and various spectroscopic methods (NMR, EPR, UV-vis, IR, ESI-MS). Solution equilibrium studies with a range of cations including some biologically important ones (Cu2+, Ga3+, In3+, Mg2+, Ca2+, Fe3+, Zn2+) will also been presented, together with electrochemical measurements on some copper(II) complexes which are not likely to be reduced under physiological conditions by biological reducing agents.

Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

La thérapie de resynchronisation cardiaque (CRT) est un traitement qui diminue la mortalité et améliore la qualité de vie des patients atteints d’insuffisance cardiaque et présentant un dyssynchronisme de la contraction ventriculaire gauche. Malgré le succès de cette thérapie, plus de 30% des patients ne présentent pas l’amélioration désirée. Plusieurs études portant sur le synchronisme électrique ou mécanique de la contraction ont été effectuées mais peu d’entres elles se sont attardées sur le couplage électromécanique à l'échelle macroscopique. Ce projet a comme objectif d’observer le comportement électromécanique des ventricules canins en présence d’un resynchronisateur cardiaque. Un logiciel a été développé pour permettre l’analyse des informations provenant de la cartographie endocardique sans contact et de la ventriculographie isotopique tomographique chez 12 sujets canins insuffisants. Pour observer la réponse mécanique suite à l’activation électrique, nous avons premièrement recalé les surfaces issues des 2 modalités. Ensuite, nous avons défini les limites du cycle cardiaque, analysé les signaux électriques et les courbes de déplacement de la paroi endocardique. Le début de la contraction est défini par un déplacement radial de 10% vers le centre du ventricule. Les résultats démontrent que la durée d’activation du ventricule gauche et la largeur du QRS augmentent en présence d’une stimulation externe et que les délais électromécaniques sont indépendants dans les modes de stimulation étudiés (sinusal, LVbasal, RVapex ou BIV) avec une moyenne de 84,56±7,19 ms. Finalement, nous avons noté que la stimulation basolatérale procure une fonction cardiaque optimale malgré une durée prolongée du QRS. / Cardiac Resynchronization Therapy (CRT) is known to decrease mortality rate and improve the quality of life for patients suffering from heart failure with left ventricular contraction dyssynchrony. However, it has been shown that 30% of patients do not respond to this therapy. Many studies have investigated the electrical or mechanical synchronism of contraction but few have studied the activation contraction coupling on a macroscopic level. The objective of this study is to observe the left ventricle’s electromechanical behaviour under biventricular stimulation. A software has been developed to analyse the data coming from non-contact mapping and blood pool SPECT for 12 dogs with heart failure. In order to observe the mechanical response following an electrical activation, we have registered 3D surfaces generated by the 2 modalities. Afterward, we defined the cardiac cycle limits, and we analyzed electrical signals as well as endocardial wall displacement curves where the onset of contraction was defined as a 10% inward radial displacement. Results show that both duration of left ventricular activation and QRS increase with pacing and that electromechanical delays are independent of stimulation mode (mean value 84,56 ± 7,19 ms). Finally, we observed that basolateral stimulation shows the best improvement for left ventricular function while presenting a long QRS duration.

<p>Obstructive lung diseases limit airflow and gas exchange and have a major impact on a patient’s long-term health. Asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are the most prevalent obstructive lung diseases and represent a major burden on healthcare systems worldwide. It is now accepted that the pathologies associated with these diseases are heterogeneous in nature, and as the function of the lung is determined by its three-dimensional structure, methods to volumetrically evaluate the lung are important tools in furthering the study of these pathologies.</p> <p>Three-dimensional imaging methodologies, such as computed tomography (CT) and single photon emission computed tomography (SPECT), are used clinically in the diagnosis of lung disease, but results are not commonly quantified. In addition, asthma and COPD develop slowly over time and diagnosis normally takes place after the underlying pathologies are well established. Experimental models in small animals, such as rats and mice, allow for the study of disease pathogenesis in a controlled setting and development of quantitative imaging practices for these models provides translational tools for relating results back to the clinic.</p> <p>In this thesis, CT densitometry and ventilation/perfusion (V/Q) SPECT are explored as methods to investigate models of asthma and COPD. CT densitometry is shown to be capable of quantifying allergic inflammation in an asthma model but is of less use in a model of COPD, predominantly due to the relative amounts of inflammation present. However, V/Q imaging is shown to be quite sensitive to the effects of cigarette smoke in a model of COPD and has been used to better understand how pathologies associated with COPD contribute to gas exchange limitation in the lung.</p> <p>The models, imaging techniques, and analysis methods described in this work provide insight into chronic obstructive lung disease and allow for future investigations into how pathologies effect gas exchange. Further, the characterization of the models described in this thesis allows for drug efficacy studies to be performed, both on established and novel treatments. Future research into asthma and COPD will benefit further from the use of threedimensional imaging methodologies because they provide volumetric information on structure and function and can act as a translational bridge between clinical disease and preclinical animal models.</p> / Doctor of Philosophy (Medical Science)

La pharmaco-résistance est une complication évolutive fréquente de l'épisode dépressif majeur. La rTMS est une technique de stimulation cérébrale innovante dont l'efficacité antidépressive est maintenant établie.Le premier objectif de notre travail de thèse a été de caractériser les substrats fonctionnels de la dépression pharmaco-résistante à l'aide de la technique TEMP, afin d'identifier des patterns d'anomalies cérébrales qui leur sont propres. Dans un second temps, et sur la base des travaux existant sur les mécanismes d'action de la rTMS, nous avons étudié la valeur prédictive de marqueurs fonctionnels en neuro-imagerie TEMP et par EEG. Enfin, nous avons relié l'effet cérébral de la rTMS révélé par la neuro-imagerie fonctionnelle à son efficacité antidépressive, et de façon plus globale à la qualité de vie, comme recommandé actuellement.Nos résultats montrent l'existence d'un pattern de perfusion cérébrale commun aux patients pharmaco-résistants quel que soit le type de dépression, impliquant les régions fronto-temporales et le cervelet. L'étude TEMP de la perfusion cérébrale et de l'activité cérébrale en l'EEG dans sa bande alpha semble pouvoir prédire de façon satisfaisante, avant traitement, l'amélioration clinique individuelle des patients dépressifs pharmaco-résistants traités par rTMS. L'efficacité antidépressive de la rTMS apparait équivalente quel que soit le côté stimulé, entrainant des modifications de perfusion cérébrale comparables. Enfin, nos résultats ont permis d'identifier des régions cérébrales dysfonctionnelles distinctes et confirment l'interet d'une approche complémentaire de la dépression, par l'évaluation de la qualité de vie. / Treatment-resistance is a common outcome of a major depressive episode. Repetitive transcranial magnetic stimulation has been put forward as a new technique to treat this debilitating illness. The first objective of our thesis was to characterize the functional substrates of treatment-resistant depression (TRD) using SPECT technique, in order to identify specific patterns of brain abnormalities. In a second part, based on existing work on the antidepressant mechanisms of rTMS, we investigated the predictive value of two neurofunctional biomarkers: SPECT and EEG. Finally, we studied brain SPECT perfusion changes underlying therapeutic efficiency and improvement of quality of life, as currently recommended. Our results showed the existence of a common pattern of brain perfusion in treatment-resistant patients involving the fronto-temporal regions and the cerebellum, regardless the type of depression. At baseline, SPECT brain perfusion and alpha EEG band power could predict individual clinical improvement in TRD-patients treated with rTMS. Regardless the stimulated side, the antidepressant efficacy of rTMS consisted in similar changes in cerebral perfusion. Finally, our results have identified distinct dysfunctional brain regions and confirm the interest of a complementary approach to depression, by assessing quality of life.

Esta tese de doutorado apresenta um estudo e formulações teóricas sobre o conceito de espect-autoria e defende os conceitos de Poética da Autoria Aberta, Poética da Autoração e Poéticas em Coletividade como praxis artística de apropriação dos dispositivos de produção das representações sociais, no contexto da autoria dos espectadores nas artes participativas e interativas. Numa transferência interdisciplinar de conceitos a exemplo do conceito espect-autor de Gellouz (2007), o estudo propõe as noções de autorabilidade, obra autorável, agenciamento autoral do espectador e trinômio produção/recepção/produção bem como os conceitos formulados de função-espect-autor, espect-autor em coletividade, particip-autor, inter-autor e trans-autor, que privilegiam a noção de autoria em suas notações, configurando uma taxonomia mais apropriada para compor um vocabulário que permita designar e compreender a noção de espect-autoria, ou seja, a produção autoral dos espectadores, enquanto forma, repertório e significados, nas obras cuja abertura poética propõe desafios autorais aos seus espectadores. A principal referência artística e fonte desta pesquisa é a série Autorretrato Coletivo (1987-), um conjunto de obras participativas e interativas que eu proponho como repositório dialógico e polifônico da identidade coletiva, tendo como princípio a apropriação dos espectadores enquanto autores de suas identidades no corpus da obra. Em suma, a função-autor exercida pelos espectadores, mais precisamente a sua função-espect-autor, em processos de criação/co-criação ou recriação (por recombinação e/ou repertoriação) no contexto das artes participativas e interativas, tem profundas implicações para nossa compreensão da evolução da arte como um fenômeno coletivo. / This thesis presents a study and theoretical formulations about the concept of spect-authorship on participatory and interactive artworks and defends the concepts of Poetics of the Open Authorship, Authoring Poetics and Multi-Poetics in Collectivity as artistic praxis of apropriation of the production devices of the social representations in the context of the spectators authorship in the participatory and interactive arts. Through an interdisciplinary transfer of concepts as Gellouz concept of spect-author (2007) , this study proposes the notions of authorability, authoriable artwork, authorial agency of the spectator, trinomial production/reception/production as well the concepts of function-espect-author, spect-author in collectivity, particip-author, inter-author and trans-author, which privilege the notion of authorship, setting a taxonomy more appropriate to compose a vocabulary that describes and increases the understanding of the concept of spect-authorship, the authorial production of the spectators as form, repertory and meanings, in the artworks whose poetic openness proposes authorial challenges to their spectators. The main artistic reference and source of this research is the series Collective Self-Portrait (1987-), a set of participatory and interactive artworks that I propose as a dialogic and polyphonic repository of the collective identity, based on the principle of appropriation of the spectators as authors of their own identities in the corpus of the artwork. Summing up, the author-function experienced by the spectators, more precisely their spect-author-function, in creation/co-creation or recreation process in the context of participatory and interactive arts, holds profound implications for our understanding of art evolution as a collective phenomenon.