Análise quantitativa da saturação de gordura em ressonância magnética mamária: comparação das técnicas SPAIR e DIXON

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde - Ramo de especialização: Ressonância Magnética

Análogos do neuropéptido Y marcados com 99mTc para detecção de receptores Y1 expressos no cancro da mama

Mestrado em Medicina Nuclear. Área de especialização: Radiofarmácia.

Radiographers practice concerning breast compression in mammography: gradual versus no gradual

Purpose: Evaluate the type of breast compression (gradual or no gradual) that provides less discomfort to the patient. Methods and Materials: The standard projections were simulated [craniocaudal/(CC) and mediolateral-oblique/(MLO)] with the two breast compressions in 90 volunteers women aged between 19 and 86. The women were organised in groups according to the breast density. The intensity of discomfort was evaluated using the scale that have represented several faces (0-10) proposed by Wong Baker in the end of each simulation. It was also applied an interview using focus group to debate the score that were attributed during pain evaluation and to identify the criteria that were considered to do the classification. Results: The women aged between 19-29y (with higher breast density) classified the pain during no gradual compression as 4 and the gradual compression as 2 for both projections. The MLO projection was considered the most uncomfortable. During the focus group interview applied to this group was highlighted that compression did not promoted pain but discomfort. They considered that the high expectations of pain did not correspond to the discomfort that they felt. Similar results were identified for the older women (30-50y; > 50y). Conclusion: The radiographers should considerer the technique for breast compression. The gradual compression was considered for the majority of the women as the most comfortable regardless of breast density. The MLO projection was considered as uncomfortable due to the positioning (axila and inclusion of pectoral muscle) and due to the higher breast compression compared to the CC projection.

Numerical 3D modeling of heat transfer in human tissues for microwave radiometry monitoring of Brown fat metabolismo

Background: Brown adipose tissue (BAT) plays an important role in whole body metabolism and could potentially mediate weight gain and insulin sensitivity. Although some imaging techniques allow BAT detection, there are currently no viable methods for continuous acquisition of BAT energy expenditure. We present a non-invasive technique for long term monitoring of BAT metabolism using microwave radiometry. Methods: A multilayer 3D computational model was created in HFSS™ with 1.5 mm skin, 3-10 mm subcutaneous fat, 200 mm muscle and a BAT region (2-6 cm3) located between fat and muscle. Based on this model, a log-spiral antenna was designed and optimized to maximize reception of thermal emissions from the target (BAT). The power absorption patterns calculated in HFSS™ were combined with simulated thermal distributions computed in COMSOL® to predict radiometric signal measured from an ultra-low-noise microwave radiometer. The power received by the antenna was characterized as a function of different levels of BAT metabolism under cold and noradrenergic stimulation. Results: The optimized frequency band was 1.5-2.2 GHz, with averaged antenna efficiency of 19%. The simulated power received by the radiometric antenna increased 2-9 mdBm (noradrenergic stimulus) and 4-15 mdBm (cold stimulus) corresponding to increased 15-fold BAT metabolism. Conclusions: Results demonstrated the ability to detect thermal radiation from small volumes (2-6 cm3) of BAT located up to 12 mm deep and to monitor small changes (0.5°C) in BAT metabolism. As such, the developed miniature radiometric antenna sensor appears suitable for non-invasive long term monitoring of BAT metabolism.

Fluorescence Microscopy Imaging Denoising with Log-Euclidean Priors and Photobleaching Compensation

Fluorescent protein microscopy imaging is nowadays one of the most important tools in biomedical research. However, the resulting images present a low signal to noise ratio and a time intensity decay due to the photobleaching effect. This phenomenon is a consequence of the decreasing on the radiation emission efficiency of the tagging protein. This occurs because the fluorophore permanently loses its ability to fluoresce, due to photochemical reactions induced by the incident light. The Poisson multiplicative noise that corrupts these images, in addition with its quality degradation due to photobleaching, make long time biological observation processes very difficult. In this paper a denoising algorithm for Poisson data, where the photobleaching effect is explicitly taken into account, is described. The algorithm is designed in a Bayesian framework where the data fidelity term models the Poisson noise generation process as well as the exponential intensity decay caused by the photobleaching. The prior term is conceived with Gibbs priors and log-Euclidean potential functions, suitable to cope with the positivity constrained nature of the parameters to be estimated. Monte Carlo tests with synthetic data are presented to characterize the performance of the algorithm. One example with real data is included to illustrate its application.

Radiological imaging in digital systems: the effect of exposure parameters in diagnostic quality and patient dose

Esta tese pretende contribuir para o estudo e análise dos factores relacionados com as técnicas de aquisição de imagens radiológicas digitais, a qualidade diagnóstica e a gestão da dose de radiação em sistema de radiologia digital. A metodologia encontra-se organizada em duas componentes. A componente observacional, baseada num desenho do estudo de natureza retrospectiva e transversal. Os dados recolhidos a partir de sistemas CR e DR permitiram a avaliação dos parâmetros técnicos de exposição utilizados em radiologia digital, a avaliação da dose absorvida e o índice de exposição no detector. No contexto desta classificação metodológica (retrospectiva e transversal), também foi possível desenvolver estudos da qualidade diagnóstica em sistemas digitais: estudos de observadores a partir de imagens arquivadas no sistema PACS. A componente experimental da tese baseou-se na realização de experiências em fantomas para avaliar a relação entre dose e qualidade de imagem. As experiências efectuadas permitiram caracterizar as propriedades físicas dos sistemas de radiologia digital, através da manipulação das variáveis relacionadas com os parâmetros de exposição e a avaliação da influência destas na dose e na qualidade da imagem. Utilizando um fantoma contraste de detalhe, fantomas antropomórficos e um fantoma de osso animal, foi possível objectivar medidas de quantificação da qualidade diagnóstica e medidas de detectabilidade de objectos. Da investigação efectuada, foi possível salientar algumas conclusões. As medidas quantitativas referentes à performance dos detectores são a base do processo de optimização, permitindo a medição e a determinação dos parâmetros físicos dos sistemas de radiologia digital. Os parâmetros de exposição utilizados na prática clínica mostram que a prática não está em conformidade com o referencial Europeu. Verifica-se a necessidade de avaliar, melhorar e implementar um padrão de referência para o processo de optimização, através de novos referenciais de boa prática ajustados aos sistemas digitais. Os parâmetros de exposição influenciam a dose no paciente, mas a percepção da qualidade de imagem digital não parece afectada com a variação da exposição. Os estudos que se realizaram envolvendo tanto imagens de fantomas como imagens de pacientes mostram que a sobreexposição é um risco potencial em radiologia digital. A avaliação da qualidade diagnóstica das imagens mostrou que com a variação da exposição não se observou degradação substancial da qualidade das imagens quando a redução de dose é efectuada. Propõe-se o estudo e a implementação de novos níveis de referência de diagnóstico ajustados aos sistemas de radiologia digital. Como contributo da tese, é proposto um modelo (STDI) para a optimização de sistemas de radiologia digital.

Blue-enhanced thin-film photodiode for dual-screen x-ray imaging

This article reports on a-Si:H-based low-leakage blue-enhanced photodiodes for dual-screen x-ray imaging detectors. Doped nanocrystalline silicon was incorporated in both the n- and p-type regions to reduce absorption losses for light incoming from the top and bottom screens. The photodiode exhibits a dark current density of 900 pA/cm(2) and an external quantum efficiency up to 90% at a reverse bias of 5 V. In the case of illumination through the tailored p-layer, the quantum efficiency of 60% at a 400 nm wavelength is almost double that for the conventional a-Si:H n-i-p photodiode.

Stacked pin Devices for Imaging Applications

In this paper we present results on the optimization of device architectures for colour and imaging applications, using a device with a TCO/pinpi'n/TCO configuration. The effect of the applied voltage on the color selectivity is discussed. Results show that the spectral response curves demonstrate rather good separation between the red, green and blue basic colors. Combining the information obtained under positive and negative applied bias a colour image is acquired without colour filters or pixel architecture. A low level image processing algorithm is used for the colour image reconstruction.

Quantificação da difusão na ressonância magnética da mama: ADC e Kurtosis

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Ressonância Magnética

DWI: factores que influenciam a medição do coeficiente de difusão aparente (ADC) no estudo da mama

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Ressonância Magnética

A interdisciplinaridade das tecnologias da saúde no diagnóstico e no tratamento de tumores de mama: estudo de caso

Introdução – O cancro de mama é a principal causa de morte por cancro na população feminina portuguesa. Assim, pretende-se descrever sucintamente o percurso de uma paciente com tumor de mama, evidenciando a interligação entre algumas áreas das tecnologias da saúde. Metodologia – Selecionou-se um caso clínico de uma paciente com cancro de mama e recorreu-se à pesquisa bibliográfica de forma a apoiar ou refutar os resultados obtidos com o referido caso clínico. Resultados e discussão de resultados – Em 1996 foi diagnosticado à paciente um carcinoma ductal da mama esquerda e posteriormente, em 2011, foi diagnosticada uma metástase do carcinoma mamário com padrão mucinoso. Neste caso, bem como em todos os tumores de mama, foi realizada uma abordagem multidisciplinar envolvendo diferentes áreas das tecnologias da saúde. Para deteção e diagnóstico do cancro de mama são utilizadas a mamografia e a ultrassonografia. Para casos de re-estadiamento e monitorização da terapêutica devem ser utilizadas a tomografia por emissão de positrões (TEP) e a ressonância magnética mamária. No que se refere à terapêutica, neste tipo de tumores recorre-se à cirurgia, à radioterapia e à quimioterapia. ABSTRACT - Introduction – The breast cancer is the main cause of death by cancer in the Portuguese female population. We intend to describe briefly the pathway of a patient with breast cancer, highlighting the connection between some of the health technology areas. Methodology – It was selected a clinical case of a patient with breast cancer and it was used a literature research to support or refute the results obtained with the mentioned clinical case. Results and discussion – In 1996, it was diagnosed to the patient a ductal carcinoma of the left breast and in 2011 it was diagnosed a breast metastases. In this case, as well as other breast tumours, it was done a multidisciplinary approach involving different areas of health technologies. For detection and diagnose of breast cancer it’s used the mammography and ultrasound. For cases of re-staging and treatment monitoring it should be used positron emission tomography and magnetic resonance imaging of the breast. Regarding the therapy approach, in this type of tumours, it is used surgery, radiotherapy and chemotherapy.

Caracterização tecnológica da mamografia digital em Portugal: progresso de um projeto em implementação

Introdução – A mamografia é o principal método de diagnóstico por imagem utilizado no rastreio e diagnóstico do cancro da mama, sendo a modalidade de imagem recomendada em vários países da Europa e Estados Unidos para utilização em programas de rastreio. A implementação da tecnologia digital causou alterações na prática da mamografia, nomeadamente a necessidade de adaptar os programas de controlo de qualidade. Objetivos – Caracterizar a tecnologia instalada para mamografia em Portugal e as práticas adotadas na sua utilização pelos profissionais de saúde envolvidos. Concluir sobre o nível de harmonização das práticas em mamografia em Portugal e a conformidade com as recomendações internacionais. Identificar oportunidades para otimização que permitam assegurar a utilização eficaz e segura da tecnologia. Metodologia – Pesquisa e recolha de dados sobre a tecnologia instalada, fornecidos por fontes governamentais, prestadores de serviços de mamografia e indústria. Construção de três questionários, orientados ao perfil do médico radiologista, técnico de radiologia com atividade em mamografia digital e técnico de radiologia coordenador. Os questionários foram aplicados em 65 prestadores de serviços de mamografia selecionados com base em critérios de localização geográfica, tipo de tecnologia instalada e perfil da instituição. Resultados – Foram identificados 441 sistemas para mamografia em Portugal. A tecnologia mais frequente (62%) e vulgarmente conhecida por radiografia computorizada (computed radiography) é constituída por um detector (image plate) de material fotoestimulável inserido numa cassete de suporte e por um sistema de processamento ótico. A maioria destes sistemas (78%) está instalada em prestadores privados. Aproximadamente 12% dos equipamentos instalados são sistemas para radiografia digital direta (Direct Digital Radiography – DDR). Os critérios para seleção dos parâmetros técnicos de exposição variam, observando-se que em 65% das instituições são adotadas as recomendações dos fabricantes do equipamento. As ferramentas de pós-processamento mais usadas pelos médicos radiologistas são o ajuste do contraste e brilho e magnificação total e/ou localizada da imagem. Quinze instituições (em 19) têm implementado um programa de controlo de qualidade. Conclusões – Portugal apresenta um parque de equipamentos heterogéneo que inclui tecnologia obsoleta e tecnologia “topo de gama”. As recomendações/guidelines (europeias ou americanas) não são adotadas formalmente na maioria das instituições como guia para fundamentação das práticas em mamografia, dominando as recomendações dos fabricantes do equipamento. Foram identificadas, pelos técnicos de radiologia e médicos radiologistas, carências de formação especializada, nomeadamente nas temáticas da intervenção mamária, otimização da dose e controlo da qualidade. A maioria dos inquiridos concorda com a necessidade de certificação da prática da mamografia em Portugal e participaria num programa voluntário. ABSTRACT - Introduction – Mammography is the gold standard for screening and imaging diagnosis of breast disease. It is the imaging modality recommended by screening programs in various countries in Europe and the United States. The implementation of the digital technology promoted changes in mammography practice and triggered the need to adjust quality control programs. Aims –Characterize the technology for mammography installed in Portugal. Assess practice in use in mammography and its harmonization and compliance to international guidelines. Identify optimization needs to promote an effective and efficient use of digital mammography to full potential. Methodology – Literature review was performed. Data was collected from official sources (governmental bodies, mammography healthcare providers and medical imaging industry) regarding the number and specifications of mammography equipment installed in Portugal. Three questionnaires targeted at radiologists, breast radiographers and the chief-radiographer were designed for data collection on the technical and clinical practices in mammography. The questionnaires were delivered in a sample of 65 mammography providers selected according to geographical criteria, type of technology and institution profile. Results – Results revealed 441 mammography systems installed in Portugal. The most frequent (62%) technology type are computerized systems (CR) mostly installed in the private sector (78%). 12% are direct radiography systems (DDR). The criteria for selection of the exposure parameters differ between the institutions with the majority (65%) following the recommendations from the manufacturers. The use of available tools for post-processing is limited being the most frequently reported tools used the contrast/ brightness and Zoom or Pan Magnification tools. Fifteen participant institutions (out of 19) have implemented a quality control programme. Conclusions – The technology for mammography in Portugal is heterogeneous and includes both obsolete and state of the art equipment. International guidelines (European or American) are not formally implemented and the manufacturer recommendations are the most frequently used guidance. Education and training needs were identified amongst the healthcare professionals (radiologists and radiographers) with focus in the areas of mammography intervention, patient dose optimization and quality control. The majority of the participants agree with the certification of mammography in Portugal.

Difusão molecular em ressonância magnética para estudo de lesões mamárias malignas

Objetivos – Com este estudo pretendeu-se i) avaliar o contributo da aplicação da sequência de difusão na caracterização das lesões mamárias malignas; ii) considerar se a sequência de difusão deve incorporar o protocolo standard em RM mamária e iii) correlacionar os resultados dos valores de coeficiente aparente de difusão (ADC) e os resultados histológicos. Metodologia – A amostra incluiu 18 pacientes do sexo feminino, com idades compreendidas entre 38 e 71 anos, que apresentavam lesões mamárias malignas confirmadas histologicamente. Foi adicionado ao protocolo de RM mamária a sequência de difusão, de modo a calcular os valores de ADC das lesões observadas. Resultados – Verificou-se que a range de valores de ADC para lesões malignas em ROI’s calculados no centro da lesão apresentavam uma média e desvio-padrão de (0,89 ± 0,14x10-3mm2/s). O método da utilização dos valores de ADC na caracterização de lesões mamárias malignas demonstrou uma sensibilidade de 100%. Conclusões – Neste estudo, com uma sensibilidade de 100%, a ponderação em difusão demonstrou ser uma técnica vantajosa na caracterização de lesões mamárias malignas pelo que se sugere a sua introdução no protocolo standard da RM mamária. ABSTRACT - Aims – The aim of this study was i) to evaluate the potential of the DWI sequence in the characterization of malignant breast lesions; ii) to verify if this sequence should incorporate the breast MRI protocol and iii) to correlate the apparent diffusion coefficients (ADC) values and histological results. Methodology – The sample includes 18 female patients between the ages of 38 and 71 years, who presented with malignant breast lesion confirmed by histology. The DWI sequence was added to the MRI standard protocol to calculate the ADC values. Results – In the results obtained we observed that the range of the ADC values calculated in the center of the malignant lesions, showed a mean and standard deviation of 0.89 ± 0.14 x10-3 mm2 / s. This method of using the ADC values for the detection of malignant lesions showed a sensitivity of 100%. Conclusion – The DWI technique proved to be a useful method in the characterization of malignant breast lesions, as it showed a sensitivity of 100%, so we suggest its inclusion in the Breast MR standard protocol.

Quantificação por imagem ponderada em difusão (DWI) das lesões tumorais da mama

Introdução – A técnica de Difusão por Ressonância Magnética (RM), ao avaliar o movimento das moléculas de água nos tecidos, permite inferir sobre a arquitetura dos mesmos, em particular relativamente à celularidade, volume celular e permeabilidade das membranas. O Coeficiente de Difusão Aparente (ADC) é um parâmetro quantificável da imagem ponderada em difusão (DWI). A sua análise poderá fornecer informação clínica adicional sobre estas lesões, sobretudo em relação à sua caracterização histológica. Objetivos – Caracterizar e diferenciar tipos e alguns subtipos de lesões mamárias através da análise do ADC. Metodologia – 20 Mulheres com 23 lesões mamárias foram submetidas a RM mamária: 3 lesões benignas (3 Fibroadenomas-FA) e 20 malignas (16 Carcinomas Ductais Invasivos-CDI, 2 Carcinomas Ductais In Situ-CDIS e 2 Carcinomas Invasivos Lobulares-CLI). Num equipamento 1.5T aplicou-se uma sequência de Difusão (b=0,50,250,500,750,1000 s/mm2). Obteve-se o ADC através do ajuste exponencial da intensidade de sinal das lesões em função do valor de b, fazendo-se corresponder os valores de ADC à respetiva caracterização histológica e posterior comparação com a literatura. Resultados e Discussão – As lesões malignas apresentaram ADCs significativamente (p=0,014) inferiores [(0,94±0,22)x10-3 mm2/s] aos das benignas [(1,43±0,25)x10-3 mm2/s]. A justificação pode residir no aumento da celularidade e consequente restrição da Difusão que se observa nas lesões malignas. Os CDI apresentaram ADCs baixos [(0,88±0,17)x10-3 mm2/s], enquanto que os CDIS apresentaram ADCs mais elevados [(1,33±0,29)x10-3 mm2/s]. Estes resultados estão de acordo com o facto dos CDIS estarem limitados aos ductos mamários, mantendo-se menos alterada a estrutura do tecido adjacente e resultando numa menor restrição à difusão que nos CDI. Verificaram-se diferenças significativas entre FA e CDI (p=0,010) e entre CDI e CDIS (p=0,049). Conclusões – O ADC possibilita a diferenciação entre lesões mamárias benignas e malignas, bem como entre alguns tipos histológicos. O desenvolvimento deste conceito pode representar um avanço no papel da RM na avaliação destas neoplasias. ABSTRACT - Introduction – The Magnetic Resonance (MR) diffusion technique measures the movement of water molecules in tissues. Therefore, it provides useful information about tissue architecture, specially regarding tissue cellularity, cell volume and membrane permeability. The quantification of diffusion weighted imaging (DWI) data is done by measuring the so-called. Apparent Diffusion Coefficient (ADC). This parameter provides additional clinical information about breast lesions, and potentially allows for in-vivo histological characterization. Purpose – To characterize and differentiate breast lesions through ADC analysis. Methodology – The study comprised 20 women, with 23 breast lesions: 3 benign lesions - 3 Fibroadenomas (FA); and 20 malignant - 16 Invasive Ductal Carcinomas (CDI), 2 Ductal Carcinomas In Situ (CDIS), 2 Invasive Lobular Carcinoma (CLI). On a 1.5T equipment a diffusion-weighted sequence with 6 b-values (b=0,50,250,500,750,1000 s/mm2) was used to examine the patients. ADC was obtained by fitting an exponential to data of lesion signal intensity vs. b values. A correspondence of ADC values to histological lesion characterization was done and finally, the results were comparison with the literature. Results and Discussion – Malignant lesions showed inferior ADCs significantly (p=0.014) lower ((0.94±0.22)x10-3 mm2/s) than the benign lesions ((1.43±0.25)x10-3 mm2/s). This may be associated to increasead cellularity in malignant lesions, which result in higher tissue restriction to diffusion. CDI showed low ADC values ((0.88±0.17)x10-3 mm2/s), while the CDIS showed higher ADCs ((1.33±0.29)x10-3 mm2/s). These results agree with the fact that CDIS are limited to mammary ducts, maintaining a less altered neighboring tissue structure, which results in a lower restriction to diffusion than observed in CDI. Significant differences between FA and CDI (p=0.010) and between CDI and CDIS (p=0.049) were observed. Conclusion – The ADC parameter is able to differentiate between malignant and benign breast lesions, as well as between some histological types.

Digital imaging systems for plain radiography

Advances in digital technology led to the development of digital x-ray detectors that are currently in wide use for projection radiography, including Computed Radiography (CR) and Digital Radiography (DR). Digital Imaging Systems for Plain Radiography addresses the current technological methods available to medical imaging professionals to ensure the optimization of the radiological process concerning image quality and reduction of patient exposure. Based on extensive research by the authors and reference to the current literature, the book addresses how exposure parameters influence the diagnostic quality in digital systems, what the current acceptable radiation doses are for useful diagnostic images, and at what level the dose could be reduced to maintain an accurate diagnosis. The book is a valuable resource for both students learning the field and for imaging professionals to apply to their own practice while performing radiological examinations with digital systems.