Monte Carlo simulation of the basic features of the GE Millennium MG single photon emission computed tomography gamma camera

Objective - To describe and validate the simulation of the basic features of GE Millennium MG gamma camera using the GATE Monte Carlo platform. Material and methods - Crystal size and thickness, parallel-hole collimation and a realistic energy acquisition window were simulated in the GATE platform. GATE results were compared to experimental data in the following imaging conditions: a point source of 99mTc at different positions during static imaging and tomographic acquisitions using two different energy windows. The accuracy between the events expected and detected by simulation was obtained with the Mann–Whitney–Wilcoxon test. Comparisons were made regarding the measurement of sensitivity and spatial resolution, static and tomographic. Simulated and experimental spatial resolutions for tomographic data were compared with the Kruskal–Wallis test to assess simulation accuracy for this parameter. Results - There was good agreement between simulated and experimental data. The number of decays expected when compared with the number of decays registered, showed small deviation (≤0.007%). The sensitivity comparisons between static acquisitions for different distances from source to collimator (1, 5, 10, 20, 30cm) with energy windows of 126–154 keV and 130–158 keV showed differences of 4.4%, 5.5%, 4.2%, 5.5%, 4.5% and 5.4%, 6.3%, 6.3%, 5.8%, 5.3%, respectively. For the tomographic acquisitions, the mean differences were 7.5% and 9.8% for the energy window 126–154 keV and 130–158 keV. Comparison of simulated and experimental spatial resolutions for tomographic data showed no statistically significant differences with 95% confidence interval. Conclusions - Adequate simulation of the system basic features using GATE Monte Carlo simulation platform was achieved and validated.

Validação do uso de cone-beam computed tomography de kilovoltagem de um LINAC para a realização de estudos dosimétricos

Mestrado em Radioterapia

Radioterapia adaptativa: utilização do cone-beam computed tomography para o cálculo de dose em radioterapia

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde - Ramo de especialização: Terapia com Radiações

Optimising protocol of acquisition and post-processing procedures in the assessment of coronary artery disease by computed tomography

Coronary artery disease (CAD) is currently one of the most prevalent diseases in the world population and calcium deposits in coronary arteries are one direct risk factor. These can be assessed by the calcium score (CS) application, available via a computed tomography (CT) scan, which gives an accurate indication of the development of the disease. However, the ionising radiation applied to patients is high. This study aimed to optimise the protocol acquisition in order to reduce the radiation dose and explain the flow of procedures to quantify CAD. The main differences in the clinical results, when automated or semiautomated post-processing is used, will be shown, and the epidemiology, imaging, risk factors and prognosis of the disease described. The software steps and the values that allow the risk of developingCADto be predicted will be presented. A64-row multidetector CT scan with dual source and two phantoms (pig hearts) were used to demonstrate the advantages and disadvantages of the Agatston method. The tube energy was balanced. Two measurements were obtained in each of the three experimental protocols (64, 128, 256 mAs). Considerable changes appeared between the values of CS relating to the protocol variation. The predefined standard protocol provided the lowest dose of radiation (0.43 mGy). This study found that the variation in the radiation dose between protocols, taking into consideration the dose control systems attached to the CT equipment and image quality, was not sufficient to justify changing the default protocol provided by the manufacturer.

Influence of computed tomography attenuation correction in myocardial perfusion imaging in obese population

Marked regional variations in myocardial activity that are not related to myocardial perfusion defects.Verify the influence of CT-AC inMPI results in patients with BMI between 30 and 35 and higher than 30 for male and female population.

Estudo da influência do número de ciclos por projecção no cálculo da fracção de ejecção ventricular esquerda em estudos Gated-SPECT

Introdução - Gated-Single Photon Emission Computed Tomography (Gated-SPECT) do miocárdio usa-se cada vez mais na avaliação conjunta da perfusão do miocárdio e da função ventricular esquerda. O objectivo deste estudo é analisar a possível interferência do número de ciclos cardíacos (ciclos/projecção) e contagens totais por aquisição no cálculo da FEVE (fracção de ejecção do ventrículo esquerdo). Material e métodos - Foram incluídos 35 indivíduos a quem foram realizados estudos Gated-SPECT do miocárdio por indicação clínica. Em todos os pacientes foram adquiridos dois estudos em esforço: um com 25 ciclos! projecção (ES-25) e outro com 50 ciclos! projecção (ES-50), e dois estudos em repouso: um com 25 ciclos/projecção (ER-25) e outro com 12 ciclos! projecção (ER-1 2). Os valores da FEVE obtidos nos diferentes estudos foram tratados estatisticamente com o recurso à versão 14 SPSS. Resultados - Não houve diferenças estatisticamente significativas entre os valores de FEVE ES-25 e ES-50 (p=0.504) nem entre os valores de FEVE ER-25 e ER-12 (p=O.243). Conclusão - No caso da nossa amostra, o número de ciclos!projecção e consequentemente as contagens totais por aquisição não parecem ter influência de forma significativa no cálculo da FEVE%, nem em repouso nem após esforço.

Influência de diferentes parâmetros na diminuição da actividade extra-miocárdica nos estudos Gated-SPECT

A imagem de perfusão do miocárdio por tomografia computorizada de emissão de fotão único (SPECT, do acrónimo inglês Single Photon Emission Computed Tomography) é um dos exames complementares de diagnóstico mais indicados na cardiologia clínica. Os dois agentes tecneciados mais utilizados são o 99mTc-tetrofosmina e o 99mTc-sestamibi. Estes permitem avaliar a distribuição do fluxo sanguíneo no músculo cardíaco. O mecanismo de fixação é idêntico nos dois radiofármacos (RF’s). São excretados, do organismo, a partir do sistema hepatobiliar para o duodeno e para o intestino. Assim, o RF está presente tanto no coração como nos órgãos adjacentes. O coração encontra-se localizado sobre o diafragma, logo acima do lobo esquerdo do fígado e nas proximidades do estômago. Deste modo, os fotões difusos provenientes desses órgãos podem interferir com a interpretação das imagens SPECT, principalmente na parede inferior do ventrículo esquerdo, traduzindo-se na redução da razão alvo-fundo e na qualidade da imagem. Deste modo, a sensibilidade e a especificidade da Cintigrafia de Perfusão do Miocárdio (CPM) diminuem. Têm sido descritos na literatura vários métodos e técnicas para minimizar o efeito da actividade extra-miocárdica, como: a aquisição de imagens mais tardias, a ingestão de líquidos ou alimentos ricos em lípidos. Outras técnicas apontam para a alteração do posicionamento do paciente durante a aquisição. Assim, o objectivo deste estudo é identificar o protocolo da CPM a nível nacional e avaliar a percentagem de repetições de exames provocadas pela interferência de actividade extra-miocárdica.

Molecular imaging agents for detection of β-amyloid plaques in Alzheimer’s disease

The formation of amyloid structures is a neuropathological feature that characterizes several neurodegenerative disorders, such as Alzheimer´s and Parkinson´s disease. Up to now, the definitive diagnosis of these diseases can only be accomplished by immunostaining of post mortem brain tissues with dyes such Thioflavin T and congo red. Aiming at early in vivo diagnosis of Alzheimer´s disease (AD), several amyloid-avid radioprobes have been developed for b-amyloid imaging by positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT). The aim of this paper is to present a perspective of the available amyloid imaging agents, special those that have been selected for clinical trials and are at the different stages of the US Food and Drugs Administration (FDA) approval.

Variabilidade introduzida pelo operador no processamento dos estudos Gated-SPECT do miocárdio

Introdução – Os estudos Gated – Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) são uma das técnicas de imagiologia cardíaca que mais evoluiu nas últimas décadas. Para a análise das imagens obtidas, a utilização de softwares de quantificação leva a um aumento da reprodutibilidade e exatidão das interpretações. O objetivo deste estudo consiste em avaliar, em estudos Gated-SPECT, a variabilidade intra e interoperador de parâmetros quantitativos de função e perfusão do miocárdio, obtidos com os softwares Quantitative Gated SPECT (QGS) e Quantitative Perfusion SPECT (QPS). Material e métodos – Recorreu-se a uma amostra não probabilística por conveniência de 52 pacientes, que realizaram estudos Gated-SPECT do miocárdio por razões clínicas e que integravam a base de dados da estação de processamento da Xeleris da ESTeSL. Os cinquenta e dois estudos foram divididos em dois grupos distintos: Grupo I (GI) de 17 pacientes com imagens com perfusão do miocárdio normal; Grupo II (GII) de 35 pacientes que apresentavam defeito de perfusão nas imagens Gated-SPECT. Todos os estudos foram processados 5 vezes por 4 operadores independentes (com experiência de 3 anos em Serviços de Medicina Nuclear com casuística média de 15 exames/semana de estudos Gated-SPECT). Para a avaliação da variabilidade intra e interoperador foi utilizado o teste estatístico de Friedman, considerando α=0,01. Resultados e discussão – Para todos os parâmetros avaliados, os respectivos valores de p não traduziram diferenças estatisticamente significativas (p>α). Assim, não foi verificada variabilidade intra ou interoperador significativa no processamento dos estudos Gated-SPECT do miocárdio. Conclusão – Os softwares QGS e QPS são reprodutíveis na quantificação dos parâmetros de função e perfusão avaliados, não existindo variabilidade introduzida pelo operador.

Relação entre função ventricular esquerda e os índices de captação miocárdio/pulmão em estudos Gated-SPECT

Introdução – A tomografia de emissão de fotão simples sincronizada com o sinal eletrocardiográfico (Gated-SPECT) é essencial para a avaliação conjunta da perfusão e da função ventricular esquerda (VE) do miocárdio. Objetivo – Investigar a relação entre a função VE e o índice de captação (IC) miocárdio/pulmão direito (M/PD) e M/P esquerdo (M/PE) nos estudos Gated-SPECT com 99mTc-Tetrofosmina. Metodologia – Amostra de 32 pacientes que realizaram estudos Gated-SPECT por indicação clínica, sendo subdividida em dois grupos: Grupo I (GI) – pacientes com a informação clínica de enfarte agudo do miocárdio (EAM); Grupo II (GII) – pacientes com a informação clínica de isquemia. Por cada paciente adquiriram-se imagens estáticas torácico-abdominais e dois estudos Gated-SPECT do miocárdio (protocolo de um dia esforço/repouso). Nas imagens estáticas definiram-se regiões de interesse (Regions of interest – ROI) para calcular os IC. Nos estudos Gated-SPECT utilizou-se o software Quantitative Gated SPECT/Quantitative Perfusion SPECT para calcular a Fração de Ejeção do Ventrículo Esquerdo (FEVE). Efetuou-se análise estatística descritiva para caracterização da amostra. Aplicou-se o teste de Spearman para avaliar a correlação entre a FEVE e os IC por grupo de pacientes. O Teste de Willcoxon foi usado para comparar FEVE em repouso e em esforço. Resultados – Nos estudos Gated-SPECT em esforço não se verificou correlação estatisticamente significativa entre a FEVE e os IC, para GI e GII; em repouso existe correlação positiva estatisticamente significativa entre a FEVE e os IC, para GI; para GII não se verificou correlação. Na comparação dos valores de FEVE em esforço e repouso nos dois grupos constatou-se a existência de diferenças estatisticamente significativas, sendo a FEVE em Esforço

Avaliação da viabilidade miocárdica pós-enfarte: Gated-SPECT versus Gated-PET

Mestrado em Medicina Nuclear - Ramo de especialização: Tomografia por Emissão de Positrões

The influence of number of counts in the myocardium in the determination of reproducible functional parameters in gated-SPECT studies simulated with GATE

Myocardial perfusion gated-single photon emission computed tomography (gated-SPECT) imaging is used for the combined evaluation of myocardial perfusion and left ventricular (LV) function. The aim of this study is to analyze the influence of counts/pixel and concomitantly the total counts in the myocardium for the calculation of myocardial functional parameters. Material and methods: Gated-SPECT studies were performed using a Monte Carlo GATE simulation package and the NCAT phantom. The simulations of these studies use the radiopharmaceutical 99mTc-labeled tracers (250, 350, 450 and 680MBq) for standard patient types, effectively corresponding to the following activities of myocardium: 3, 4.2, 5.4-8.2MBq. All studies were simulated using 15 and 30s/projection. The simulated data were reconstructed and processed by quantitative-gated-SPECT software, and the analysis of functional parameters in gated-SPECT images was done by using Bland-Altman test and Mann-Whitney-Wilcoxon test. Results: In studies simulated using different times (15 and 30s/projection), it was noted that for the activities for full body: 250 and 350MBq, there were statistically significant differences in parameters Motility and Thickness. For the left ventricular ejection fraction (LVEF), end-systolic volume (ESV) it was only for 250MBq, and 350MBq in the end-diastolic volume (EDV), while the simulated studies with 450 and 680MBq showed no statistically significant differences for global functional parameters: LVEF, EDV and ESV. Conclusion: The number of counts/pixel and, concomitantly, the total counts per simulation do not significantly interfere with the determination of gated-SPECT functional parameters, when using the administered average activity of 450MBq, corresponding to the 5.4MBq of the myocardium, for standard patient types.

Imaging in neurological and vascular brain diseases (SPECT and SPECT/CT)

Since the first in vivo studies of cerebral function with radionuclides by Ingvar and Lassen, nuclear medicine (NM) brain applications have evolved dramatically, with marked improvements in both methods and tracers. Consequently it is now possible to assess not only cerebral blood flow and energy metabolism but also neurotransmission. Planar functional imaging was soon substituted by single-photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET); it now has limited application in brain imaging, being reserved for the assessment of brain death.

Radiopharmaceuticals for myocardial perfusion imaging: SPECT & PET

Myocardial perfusion imaging (MPI) is used on a daily basis to access coronary blood flow in patients that are suspected or have known Coronary Artery Disease (CAD). A Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) or and Positron Emission Tomography (PET) scan are used to access regional blood flow quantification either at rest or stress, the imaging acquisition is connected to an Electrocardiogram (ECG) and it is able to determine and quantify other myocardial parameters like myocardial wall thickness and wall motion. PET is not used so broadly due to its high procedure cost, the proximity with cyclotron, where are produced the majority of radiopharmaceuticals used in PET, due to their shor thalf-life. This work is intended to carry out a review of the tests relating to radiopharmaceuticals that are used in clinical practice in SPECT or PET for assessment of myocardial perfusion, also focusing very promising radiopharmaceuticals that are under investigation or in clinical trials with great potential for conventional nuclear medicine or PET, proceeding to a comparative analysis of both techniques and respective radiopharmaceuticals used.

Utilidade da PET/CT, (18F-FDG), no estudo do linfoma Hodgkin e linfoma não Hodgkin

Os linfomas são tumores estabelecidos a nível do sistema linfático. Devido à sua heterogeneidade classificam-se como Linfoma Hodgkin (LH) e Linfoma não Hodgkin (LNH), apresentando diferente prognóstico e seguimento quimioterapêutico. Actualmente, a Photon Emission Tomography/Computed Tomography (PET/CT, do acrónimo inglês) é considerada “imagem” de excelência no estudo desta patologia. Neste contexto, é objectivo deste artigo verificar a utilidade da técnica PET/CT e correlacionar o valor de Standard Uptake Value (SUV), obtido pela PET, com o estadio histológico do linfoma e com a resposta ao tratamento quimioterapêutico. Metodologia - Analisaram-se retrospectivamente 356 estudos respeitantes a 231 pacientes, aos quais se realizou uma PET/CT para estadiamento, estudo de massa ou avaliação da resposta ao tratamento. Após a administração de uma actividade média de 18F-FDG de 288,6 MBq, foram adquiridas imagens numa PET/CT GE Discovery ST. Os resultados obtidos foram comparados com os dados clínicos dos pacientes. Resultados - Foram encontradas diferenças significativas entre a idade Vs tipo de linfoma. Não foram encontradas diferenças significativas entre: valor de SUVmáx ganglionar, lesões extra-ganglionares e seu valor de SUV relativamente ao tipo de linfoma. Comprovou-se a influência da PET/CT na alteração do estadio do linfoma e atitude terapêutica. Em última análise, obtiveram-se respectivamente os seguintes valores de sensibilidade, especificidade e exactidão: 98%, 79% e 88%. Conclusões - Os resultados obtidos permitem verificar a importância da imagem PET/CT no estadiamento, monitorização e alteração da atitude terapêutica dos LH e LNH.