Développement d'un modèle numérique simplifié du tronc pour simuler l'effet d'une chirurgie de la scoliose sur l'apparence externe d'un patient

RÉSUMÉ La scoliose est une maladie du système musculo-squelettique caractérisée par une déformation tridimensionnelle complexe du tronc. Pour les cas les plus sévères, un traitement chirurgical est nécessaire. Celui-ci consiste à redresser la colonne vertébrale à l’aide de tiges métalliques ancrées aux vertèbres moyennant des vis et des crochets. La prédiction du résultat chirurgical s’avère un élément fondamental à toute planification opératoire. Actuellement, la méthode clinique pour élaborer une stratégie opératoire et estimer le résultat de la correction de la scoliose réside principalement dans l’analyse radiographique de la flexibilité du rachis jumelée à l’expérience du chirurgien. Afin d’assister davantage ce dernier lors de la planification, un simulateur biomécanique permettant d’identifier la configuration optimale des implants qui corrigera le mieux les déformations de la colonne est en cours de développement au Centre Hospitalier Universitaire Sainte-Justine à Montréal. Toutefois, ni ce simulateur ni l’analyse du chirurgien ne tient compte des tissus mous du tronc et ne fournit d’information sur l’apparence externe après l’intervention. Pour le chirurgien, le résultat de la chirurgie sur l’apparence externe s’avère hautement subjectif et son expérience demeure son seul atout. Tout ceci reste donc fort problématique, considérant que la principale raison pour prescrire une opération provient d’abord du mécontentement du patient vis-à-vis son apparence esthétique. Ne possédant aucune idée du niveau de correction esthétique qu’une chirurgie quelconque peut lui offrir, ce dernier est parfois déçu de l’imperfection de son apparence après l’intervention. L’objectif principal du projet consiste donc à définir une modélisation physique simplifiée des tissus déformables entre l’épiderme (surface de la peau) et les structures osseuses du tronc, afin de visualiser en 3D et d’évaluer l’effet d’une chirurgie de la scoliose sur l’apparence externe du patient. Cette étude s’attarde uniquement aux tissus mous car la modélisation biomécanique des structures osseuses fait l’objet d’un autre projet. Ainsi, pour prédire les résultats des corrections à l’externe, on utilise une configuration postopératoire déjà connue des structures osseuses.----------ABSTRACT Scoliosis is a musculoskeletal disorder characterized by a complex three-dimensional deformation of the trunk. For severe cases, surgical treatment is necessary. This procedure consists in rectifying the spine shape using metal rods anchored to the vertebrae by means of screws and hooks. The prediction of surgical outcome is a fundamental element of any preoperative evaluation. Currently, the clinical method to define a surgical strategy and estimate the result of curve correction relies primarily on radiographic analysis of spinal flexibility and on the surgeon's own experience. To further assist the clinician during surgical planning, a biomechanical simulator is currently being developed at Montreal’s Sainte-Justine University Hospital Center to identify the optimal configuration of the implants to best correct the spinal deformities. However, neither this simulator nor the spinal flexibility analysis consider the soft tissues of the trunk in order to provide information on the patient’s external appearance after the intervention. For the surgeon, the residual trunk asymmetry proves highly subjective and his experience remains his only asset. This is problematic considering that the main reason to prescribe an operation comes initially from the patient’s dissatisfaction towards their apparent deformity. Having no prior knowledge of the level of aesthetic improvement a surgery can offer him, the patient is sometimes disappointed by the imperfection of his appearance after the intervention. Therefore, the goal of this project is to define a simplified physical model of the deformable tissues between the skin surface (epidermis) and bone structures of the trunk in order to visualize in 3D and assess the effect of scoliosis surgery on the patient’s external appearance. This research focuses only on the soft tissues since biomechanical modeling of the bone structures is the subject of another ongoing project. Consequently, a known postoperative configuration of the bone structures serves as our basis to predict the external appearance after scoliosis surgery. To achieve our goal, we first propose a methodology to build a simplified system to model the different deformable structures of the trunk. Initially, 3D pre and postoperative reconstructions of the bone structures are obtained from standard radiographs while non-invasive 3D optical digitizers acquire the external surface of the trunk using white non-ionizing structure light. Following certain mesh preprocessing, we develop a generic method to generate three different tetrahedral layers starting from the external surface of the trunk to represent the skin, fat and muscles. From these new layers a generalized particle system based on elastic potential energy is defined. Forces preserving distance, area and volume constraints are calculated to describe the physical behavior of the various soft tissues. Finally, a rigid articulated model of the bone structures is created in order to transform the internal preoperative configuration to the postoperative state. By solving a set of dynamic equations, the displacements of this rigid model deform the simplified soft tissue layers of the trunk in order to predict the external appearance after scoliosis surgery. A suitable numerical integration scheme to compute the dynami

La procédure de Ross : propriétés biomécaniques de l'artère pulmonaire en fonction du phénotype valvulaire aortique

La procédure de Ross: Propriétés biomécaniques de l'artère pulmonaire en fonction du phénotype valvulaire aortique Pierre Olivier Dionne, Evan Wener, Alexander Emmott, Raymond Cartier, Rosaire Mongrain, Richard Leask et Ismail El-Hamamsy OBJECTIFS: Le but de cette étude est de déterminer si les propriétés des artères pulmonaires des patients bénéficiant d'une procédure de Ross ayant une valve aortique bicuspide sont différentes que celles des patients ayant une valve aortique tricuspide. MÉTHODOLOGIE: Trente-deux artères pulmonaires et 20 aortes ont été prélevées chez des patients subissant une procédure de Ross au moment de la chirurgie, dans une cohorte de 32 patients. L'analyse histologique et l'étude tensile equi-biaxiale ex-vivo complétées dans les 8 heures suivant le prélèvement furent utilisées afin d'évaluer les différences entre les groupes de patients et entre les artères pulmonaires et les aortes ascendantes. RÉSULTATS: Il n'y avait aucune différence d'épaisseur au niveau des artères pulmonaires lorsque comparées en fonction du phénotype valvulaire aortique (P = 0.94). Il n'y avait aucune différence au niveau des propriétés tensiles parmi les aortes et les artères pulmonaires lorsque comparées en fonction du phénotype valvulaire. Lorsque comparées en fonction de leur indication chirurgicale, les artères pulmonaires de patients ayant une régurgitation aortique pure étaient moins rigides que leur contre-partie (P = 0.002). Il n'y avait aucune différence au niveau du nombre de lamelles élastiques entre les spécimens d'artère pulmonaire en fonction du phénotype valvulaire aortique (Tricuspide, bicuspide ou unicuspide), ni entre les spécimens aortiques. CONCLUSION: Aucune différence significative ne fut observée au niveau des propriétés biomécaniques des artères pulmonaires lorsque comparées selon leur phénotype valvulaire aortique associé.The Ross procedure: biomechanical properties of the pulmonary artery according to aortic valve phenotype Pierre Olivier Dionne, Evan Wener, Alexander Emmott, Raymond Cartier, Rosaire Mongrain, Richard Leask and Ismail El-Hamamsy OBJECTIVES: The aim of this study is to determine whether patients undergoing the Ross procedure with bicuspid aortic valves have different pulmonary artery biomechanical properties from those with tricuspid valves. METHODS: Thirty-two pulmonary arteries and 20 aortas were obtained from patients undergoing the Ross procedure at the time of surgery, from a cohort of 32 patients. Histological analysis and ex vivo equi-biaxial tensile testing completed within 8 hours of surgery were used to evaluate differences in patient groups and between the pulmonary artery and the ascending aorta. RESULTS: There was no difference in thickness among pulmonary arteries when compared according to aortic valve phenotype (P = 0.94). There was no difference in the tensile tissue properties among aortas and pulmonary arteries when compared according to aortic valve phenotype, in either the circumferential or longitudinal axis. When compared according to the main surgical indication, pulmonary artery walls from patients with pure aortic regurgitation were less stiff than their counterparts (P = 0.002). There was no difference in the number of elastic lamellae in pulmonary artery specimens from the three different aortic valve phenotypes (Tricuspid, bicuspid or unicuspid), as well as in the aortic specimens. CONCLUSION: No significant differences were observed in the biomechanical properties of pulmonary arteries when compared according to aortic valve phenotype

Étude expérimentale et comparative de l'érosion de contact entre un till et différents matériaux filtres grossiers

L'érosion de contact est un processus d'érosion interne pouvant être retrouvé dans les barrages en remblai et les digues qui peut mener à la rupture de l'ouvrage. Elle se définit comme le détachement et l'entraînement au travers d'un sol grossier de particules d'un sol fin, sous l'effet d'une sollicitation hydraulique parallèle à l'interface entre les deux matériaux. Cette étude vise à comprendre et à identifier les processus contrôlant l'érosion de contact avec un sol fin étalé (till de Romaine 3) lorsque combiné à différents matériaux grossiers. Pour étudier le processus d'érosion, un dispositif expérimental original a été développé. De plus, dans le but de bien comprendre les processus en jeu avec le sol fin étalé, des essais ont également été effectués avec des sols uniformes afin de servir de comparatif. Il s'avère que l'étalement granulométrique du sol fin a un impact important sur l'initiation et la progression de l'érosion de contact alors que différents mécanismes comme le pavage et le colmatage peuvent se développer et limiter l'érosion, ou même l'arrêter. En se basant les résultats expérimentaux de la présente étude ainsi que ceux recensés dans la littérature, un modèle d'évaluation du seuil de l'érosion est proposé. De plus, une approche expérimentale est proposée afin de faciliter l'étude de l'érosion de contact des sols fins pulvérulents à granulométrie étalée. Finalement, une conceptualisation de l'évolution de l'érosion de contact en fonction de la dimension des particules du sol fin et du sol grossier ainsi que de la sollicitation hydraulique est proposée. Avec cette dernière, la susceptibilité du till de Romaine 3 à l'érosion de contact est définie.Contact erosion is an internal erosion process that can be found in embankment dams and dikes which can lead to failure. It is defined as the pullout and dragging of fines from a base material through an adjacent coarser material under seepage parallel to the interface. This study intends to understand and to identify the mechanisms that control contact erosion with a well-graded base soil (Romaine 3 till) combined with different filter materials. To study the erosion process, a new experimental setup has been developed. Also, in order to properly assess the mechanisms involved with a well-graded base soil, comparative tests have also been performed with poorly-graded base soils. It was found that the grading of the base material as an important impact on the initiation and progression of contact erosion as different mechanisms such as paving and clogging can develop to limit or even stop the erosion. With the experimental results of this study as well as those found in the literature, a model for contact erosion threshold evaluation is proposed. Additionally, an experimental approach is proposed in order to simplify the study of contact erosion for well-graded base soils. Finally, a conceptualization of the erosion process (initiation and evolution) depending on the grain size of both filter and base soils and on the hydraulic solicitation is proposed. The Romaine 3 till susceptibility to contact erosion is assessed with latter conceptualization

Les fondements hégéliens de la théorie lacanienne de la subjectivité

Le présent travail a pour but de mettre en lumière la filiation existant entre les conceptions hégélienne et lacanienne du développement de la subjectivité humaine dans le lien social. En montrant que la conscience de soi n'est qu'en tant que quelque chose de reconnu, Hegel a justifié philosophiquement l'importance décisive du rapport à autrui pour la formation de la subjectivité. Ainsi a-t-il dégagé la structure intersubjective de la reconnaissance qui comporte quatre pôles (conscience de soi en soi, conscience de soi pour soi, l'autre, l'Autre) entre lesquels circule le signifiant de la reconnaissance. Mais de plus, Hegel avait d'ores et déjà pensé cette structure comme intrasubjective . Lacan l'a suivi sur cette voie et importé cette analyse pour la placer au centre de la théorie psychanalytique du sujet. Il s'en est servi tout au long de son oeuvre pour expliquer dans une perspective structurale les différentes pathologies de l'esprit humain (névrose, perversion, psychose)

Simulation of the postoperative trunk appearance in scoliosis surgery

Persistence of external trunk asymmetry after scoliosis surgical treatment is frequent and difficult to predict by clinicians. This is a significant problem considering that correction of the apparent deformity is a major factor of satisfaction for the patients. A simulation of the correction on the external appearance would allow the clinician to illustrate to the patient the potential result of the surgery and would help in deciding on a surgical strategy that could most improve his/her appearance. We describe a method to predict the scoliotic trunk shape after a spine surgical intervention. The capability of our method was evaluated using real data of scoliotic patients. Results of the qualitative evaluation were very promising and a quantitative evaluation based on the comparison of the simulated and the actual postoperative trunk surface showed an adequate accuracy for clinical assessment. The required short simulation time also makes our approach an eligible candidate for a clinical environment demanding interactive simulations.CIHR / IRS

Susceptibility and status of avian influenza in ostriches

The extensive nature of ostrich farming production systems bears the continual risk of point introductions of avian influenza virus (AIV) from wild birds, but immune status, management, population density, and other causes of stress in ostriches are the ultimate determinants of the severity of the disease in this species. From January 2012 to December 2014, more than 70 incidents of AIV in ostriches were reported in South Africa. These included H5N2 and H7N1 low pathogenicity avian influenza (LPAI) in 2012, H7N7 LPAI in 2013, and H5N2 LPAI in 2014. To resolve the molecular epidemiology in South Africa, the entire South African viral repository from ostriches and wild birds from 1991 to 2013 (n = 42) was resequenced by next-generation sequencing technology to obtain complete genomes for comparison. The phylogenetic results were supplemented with serological data for ostriches from 2012 to 2014, and AIV-detection data from surveillance of 17?762 wild birds sampled over the same period. Phylogenetic evidence pointed to wild birds, e.g., African sacred ibis (Threskiornis aethiopicus), in the dissemination of H7N1 LPAI to ostriches in the Eastern and Western Cape provinces during 2012, in separate incidents that could not be epidemiologically linked. In contrast, the H7N7 LPAI outbreaks in 2013 that were restricted to the Western Cape Province appear to have originated from a single-point introduction from wild birds. Two H5N2 viruses detected in ostriches in 2012 were determined to be LPAI strains that were new introductions, epidemiologically unrelated to the 2011 highly pathogenic avian influenza (HPAI) outbreaks. Seventeen of 27 (63%) ostrich viruses contained the polymerase basic 2 (PB2) E627K marker, and 2 of the ostrich isolates that lacked E627K contained the compensatory Q591K mutation, whereas a third virus had a D701N mutation. Ostriches maintain a low upper- to midtracheal temperature as part of their adaptive physiology for desert survival, which may explain the selection in ratites for E627K or its compensatory mutations markers that facilitate AIV replication at lower temperatures. An AIV prevalence of 5.6% in wild birds was recorded between 2012 and 2014, considerably higher than AIV prevalence for the southern African region of 2.5% 3.6% reported in the period 2007 2009. Serological prevalence of AI in ostriches was 3.7%, 3.6%, and 6.1% for 2012, 2013, and 2014, respectively. An annual seasonal dip in incidence was evident around March/April (late summer/autumn), with peaks around July/August (mid to late winter). H5, H6, H7, and unidentified serotypes were present at varying levels over the 3-yr period.La extensa naturaleza de los sistemas de producción de avestruz enfrenta el riesgo continuo de la presentación del virus de la influenza aviar (AIV) originado de aves silvestres, pero el estado inmunológico, el manejo, la densidad de población, y otras causas de estrés en avestruces son determinantes importantes en la severidad de esta enfermedad en esta especie. De enero del 2012 a diciembre del 2014, se registraron más de 70 casos de virus de influenza aviar en avestruces en Sudáfrica. Estos virus incluyeron virus de baja patogenicidad H5N2 y H7N1 en el año 2012, virus de baja patogenicidad H7N7 en el año 2013 y virus de baja patogenicidad H5N2 en 2014. Para resolver la epidemiología molecular en Sudáfrica, todo el repositorio de muestras virales de avestruces y aves silvestres en Sudáfrica del año 1991 al 2013 (n = 42) fue re-analizado por análisis de secuencias de próxima generación para obtener genomas completos para su comparación. Los resultados filogenéticos se complementaron con datos serológicos para avestruces del año 2012 al 2014, y con los datos de detección en la vigilancia del virus de influenza aviar de 17?762 aves silvestres muestreadas durante el mismo período. La evidencia filogenética señaló el papel de aves silvestres como los, ibis sagrados africanos (Threskiornis aethiopicus), en la difusión de virus de influenza de baja patogenicidad H7N1 a las avestruces en las provincias del Este y del Cabo Occidental durante el año 2012, en incidentes separados que no pudieron ser relacionados epidemiológicamente. Por el contrario, los brotes con virus H7N7 de baja patogenicidad en el año 2013, que se limitaban a la Provincia Occidental del Cabo parecen haberse originado a partir de una introducción de un solo punto de aves silvestres. Se determinó que dos virus H5N2 detectados en avestruces en el año 2012 de baja patogenicidad eran introducciones nuevas, que no estaban relacionadas epidemiológicamente con los brotes de influenza aviar en el año 2011. Diecisiete de 27 (63%) virus de avestruces contenían el marcador PB2 E627K, y dos de los aislados de avestruz que carecían del marcador E627K contenían la mutación compensatoria Q591K, mientras que un tercer virus tenía una mutación D701N. Las avestruces mantienen una temperatura baja en la parte media y baja de la tráquea como parte de su fisiología de adaptación para sobrevivir en el desierto, lo que puede explicar la selección de las ratites para la mutación E627K o sus mutaciones compensatorias que son marcadores que facilitan la replicación del virus de influenza aviar a temperaturas más bajas. Se registró una prevalencia del virus de influenza aviar de 5.6% en las aves silvestres, entre 2012 y 2014, considerablemente más alta que la prevalencia del virus de influenza aviar de la región de África meridional de 2.5% ?3.6% reportada en el periodo entre los años 2007-2009. La prevalencia serológica de la influenza aviar en avestruces fue del 3.7%, 3.6% y 6.1% para los años 2012, 2013 y 2014, respectivamente. Fue evidente una caída estacional en la incidencia anual alrededor de Marzo y Abril (finales de verano/otoño), con picos alrededor de Julio y Agosto (mediados a finales de invierno). Los subtipos H5, H6, H7, y serotipos no identificados estuvieron presentes en diferentes niveles durante el período de tres años.http://www.aaapjournals.info/loi/avdiProduction Animal Studie

Links Between Metabolic and Structural Changes in the Brain of Cognitively Normal Older Adults: A 4-Year Longitudinal Follow-Up

We aimed to longitudinally assess the relationship between changing brain energy metabolism (glucose and acetoacetate) and cognition during healthy aging. Participants aged 71 ± 5 year underwent cognitive evaluation and quantitative positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI) scans at baseline (N = 25) and two (N = 25) and four (N = 16) years later. During the follow-up, the rate constant for brain extraction of glucose (Kglc) declined by 6%–12% mainly in the temporo-parietal lobes and cingulate gyri (p ≤ 0.05), whereas brain acetoacetate extraction (Kacac) and utilization remained unchanged in all brain regions (p ≥ 0.06). Over the 4 years, cognitive results remained within the normal age range but an age-related decline was observed in processing speed. Kglc in the caudate was directly related to performance on several cognitive tests (r = +0.41 to +0.43, allp ≤ 0.04). Peripheral insulin resistance assessed by the homeostasis model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) was significantly inversely related to Kglc in the thalamus (r = −0.44, p = 0.04) and in the caudate (r = −0.43, p = 0.05), and also inversely related to executive function, attention and processing speed (r = −0.45 to −0.53, all p ≤ 0.03). We confirm in a longitudinal setting that the age-related decline in Kglc is directly associated with declining performance on some tests of cognition but does not significantly affect Kacac