Endoscopic Fluorescence Imaging:Spectral Optimization and in vivo Characterization of Positive Sites by Magnifying Vascular Imaging

Since several decades, the physicians are able to access hollow organs with endoscopic methods, which serve both as diagnostic and surgical means in a wide range of disciplines of the modern medicine (e.g. urology, pneumology, gastroenterology). Unfortunately, white light (WL) endoscopy displays a limited sensitivity to early pre-cancerous lesions. Hence, several endoscopic methods based on fluorescence imaging have been developed to overcome this limitation. Both endogenous and exogenously-induced fluorescence have been investigated, leading to commercial products. Indeed, autofluorescence bronchoscopy, as well as porphyrin-based fluorescence cystoscopy, are now on the market. As a matter of fact, fluorescence-based endoscopic detection methods show very high sensitivity to pre-cancerous lesions, which are often overlooked in WL endoscopy, but they still lack specificity mainly due to the high false-positive rate. Although most of these false positives can easily be rejected under WL observation, tissue abnormalities such as inflammations, hyperplasia, and metaplasia are more difficult to identify, often resulting in supplementary biopsies. Therefore, the purpose of this thesis is to study novel, fast, and convenient method to characterize fluorescence positive spots in situ during fluorescence endoscopy and, more generally, to optimize the existing endoscopic setup. In this thesis, several clinical evaluations were conducted either in the tracheo-bronchial tree and the urinary bladder. In the urinary bladder, fluorescence imaging for detection of non-muscle invasive bladder cancer is based on the selective production and accumulation of fluorescing porphyrins, mainly protoporphyrin IX (PpIX), in cancerous tissues after the instillation of Hexvix® during one hour. In this thesis, we adapted a rigid cystoscope to perform high magnification (HM) cystoscopy in order to discriminate false from true fluorescence positive findings. Both white light and fluorescence modes are possible with the magnification cystoscope, allowing observation of the bladder wall with magnification ranging between 30× – for standard observation – and 650×. The optical zooming setup allows adjusting the magnification continuously in situ. In the high magnification regime, the smallest diameter of the field of view is 600 microns and the resolution is 2.5 microns, when in contact with the bladder wall. With this HM cystoscope, we characterized the superficial vascularization of the fluorescing sites in WL (370–700 nm) reflectance imaging in order to discriminate cancerous from non-cancerous tissues. This procedure allowed us to establish a classification based on observed vascular patterns. 72 patients subject to Hexvix® f luorescence cystoscopy were included in the study. Comparison of HM cystoscopy classification with histopathology results confirmed 32/33 (97%) cancerous biopsies, and rejected 17/20 (85%) non-cancerous lesions. No vascular alteration could be observed on the only positive lesion that was negative in HM mode, probably because this sarcomatoid carcinoma was not originating in the bladder mucosa. We established with this study that a magnification ranging between 80× and 100× is an optimal tradeoff to perform both macroscopic PDD and HM reflectance imaging. In order to make this approach more quantitative, different algorithms of image processing (vessel segmentation and skeletonisation, global information extraction) were also implemented in this thesis. In order to better visualize the vessels, we improved their contrast with respect to the background. Since hemoglobin is a very strong absorber, we targeted the two hemoglobin absorption peaks by placing appropriate bandpass filters (blue 405±50 nm, green 550±50 nm) in the light source. HM cystoscopy was then performed sequentially with WL, blue and green illumination. The two latter showed higher vessel-to-background contrast, identifying different layers of vascularization due to the light penetration depth. During fluorescence cystoscopy, we often observed that the images are somehow "blurred" by a greenish screen between endoscope tip and bladder mucosa. Since this effect is enhanced by the urine production, it is more visible with flexible scopes (lower flushing capabilities) and imaging systems that collect only autofluorescence as background. Indeed, when the bladder is not flushed regularly, greenish flows coming out of the ureters can easily be observed. For this reason, it is supposed that some fluorophores contained in the urine are excited by the photodetection excitation light, and appear greenish on the screen. This effect may impair the visualization of the bladder mucosa, and thus cancerous lesions, and lowers sensitivity of the fluorescence cystoscopy. In this thesis, we identified the main metabolites responsible for the liquid fluorescence, and optimized the spectral design accordingly. In the tracheo-bronchial tree, the fluorescence contrast is based on the sharp autofluorescence (AF) decrease on early cancerous lesions in the green spectral region (around 500 nm) and a relatively less important decrease in the red spectral region (> 600 nm) when excited with blue-violet light (around 410 nm). It has been shown over the last years, that this contrast may be attributed to a combined effect of epithelium thickening and higher concentration of hemoglobin in the tissues underneath the (pre-)cancerous lesions. In this thesis, we contributed to the definition of the input design of several new prototypes, that were subsequently tested in the clinical environment. We first showed that narrow-band excitation in the blue-violet could increase the tumor-to-normal spectral contrast in the green spectral region. Then, we quantified the intra- and inter-patient variations in the AF intensities in order to optimize the spectral response of the endoscopic fluorescence imaging system. For this purpose, we developed an endoscopic reference to be placed close to the bronchial mucosa during bronchoscopy. Finally, we evaluated a novel AF bronchoscope with blue-backscattered light on 144 patients. This new device showed increased sensitivity for pre-neoplastic lesions. Similar to what we observed in the bladder, it is likely that developing new imaging capabilities (including vascular imaging) will facilitate discriminating true from false positive in AF bronchoscopy. Here, we demonstrated that this magnification allowed us to resolve vessels with a diameter of about 30 µm. This resolution is likely to be sufficient to identify Shibuya's vascular criteria (loops, meshes, dotted vessels) on AF positive lesions. This criteria allow him to recognize pre-cancerous lesions, and thus can potentially decrease the false-positive rate with our AF imaging system. This magnification was also showed to be better for routine bronchoscopy, since it delivers sharper and more structured images to the operator

Proceedings of the 2018 Canadian Society for Mechanical Engineering (CSME) International Congress

Published proceedings of the 2018 Canadian Society for Mechanical Engineering (CSME) International Congress, hosted by York University, 27-30 May 2018

Early result: randomized controlled trial of treatment for intermittent claudication

Objective: To compare angioplasty (PTA), supervised exercise (SEP) and PTA + SEP in the treatment of intermittent claudication (IC) due to femoro-popliteal disease Methods: Over a 6 years period, 178 patients (108 men, median age 70 years) with angioplastiable femoro-popliteal lesions were randomized to: PTA, SEP or PTA + SEP. Patients were assessed prior to and at 1 & 3 month post treatment. ISCVS outcome criteria (Ankle pressures, treadmill walking distances) and Quality of Life (QoL) questionnaires (SF36 and VascuQoL) were analysed. Results: All groups were well matched at baseline. 21 patients withdrew. Intra group analysis: All groups demonstrated significant clinical and QoL improvements (Friedman test, p < 0·05). SEP (59 patients, 8 withdrew) – 62·7% of patients (n = 32) improved following treatment [20 mild, 9 moderate, 3 marked], 27·4% (n = 14) no improvement and 9·8% (n = 5) deteriorated. PTA (60 patients, 3 withdrew) – 66·6% of patients (n = 38) improved following treatment [19mild, 10 moderate, 9 marked], 22·8% (n = 13) no improvement and 10·5% (n = 6) deteriorated. PTA + SEP (59 patients, 10 withdrew) – 81·6% of patients (n = 40) improved following treatment. [10 mild, 17 moderate, 13 marked], 14·2%% (n = 7) no improvement and 4·0% (n = 2) deteriorated Inter group Analysis: PTA + SEP produce a much greater improvement in clinical outcome measures than PTA or SEP alone, but there was no significant Q0L advantage (Kruskal Wallis test, p > 0·05). Conclusion: SEP should be the primary treatment for the patients with claudication and PTA should be supplemented by a SEP

Treatment of Later Humoral Rejection with Anti-CD20 Monoclonal Antibody Rituximab: A Single Centre Experience

Humoral or vascular rejection is a B cell-mediated production of immunoglobulin (Ig) G antibody against a transplanted organ that results in immune complex deposition on the vascular endothelium, activation of the complement cascade, production of endothelial dysfunction and regional ischaemic injury

Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche

La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume

Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche

La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume