Influence of reconstruction parameters during filtered backprojection and ordered-subset expectation maximization in the measurement of the left-ventricular volumes and function during gated SPECT

A crucial method for investigating patients with coronary artery disease (CAD) is the calculation of the left ventricular ejection fraction (LVEF). It is, consequently, imperative to precisely estimate the value of LVEF--a process that can be done with myocardial perfusion scintigraphy. Therefore, the present study aimed to establish and compare the estimation performance of the quantitative parameters of the reconstruction methods filtered backprojection (FBP) and ordered-subset expectation maximization (OSEM). Methods: A beating-heart phantom with known values of end-diastolic volume, end-systolic volume, and LVEF was used. Quantitative gated SPECT/quantitative perfusion SPECT software was used to obtain these quantitative parameters in a semiautomatic mode. The Butterworth filter was used in FBP, with the cutoff frequencies between 0.2 and 0.8 cycles per pixel combined with the orders of 5, 10, 15, and 20. Sixty-three reconstructions were performed using 2, 4, 6, 8, 10, 12, and 16 OSEM subsets, combined with several iterations: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 32, and 64. Results: With FBP, the values of end-diastolic, end-systolic, and the stroke volumes rise as the cutoff frequency increases, whereas the value of LVEF diminishes. This same pattern is verified with the OSEM reconstruction. However, with OSEM there is a more precise estimation of the quantitative parameters, especially with the combinations 2 iterations × 10 subsets and 2 iterations × 12 subsets. Conclusion: The OSEM reconstruction presents better estimations of the quantitative parameters than does FBP. This study recommends the use of 2 iterations with 10 or 12 subsets for OSEM and a cutoff frequency of 0.5 cycles per pixel with the orders 5, 10, or 15 for FBP as the best estimations for the left ventricular volumes and ejection fraction quantification in myocardial perfusion scintigraphy.

Estudo da função sistólica do ventrículo direito por ecocardiografia transtorácica: relatório de projecto

Mestrado em Tecnologia de Diagnóstico e Intervenção Cardiovascular. Área de especialização - Ultrassonografia Cardiovascular

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.

Influência dos métodos de correção de atenuação na quantificação da função renal relativa em cintigrafia renal com 99mTc-DMSA

Introdução – A estimativa da função renal relativa (FRR) através de cintigrafia renal (CR) com ácido dimercaptossuccínico marcado com tecnécio-99 metaestável (99mTc-DMSA) pode ser influenciada pela profundidade renal (PR), atendendo ao efeito de atenuação por parte dos tecidos moles que envolvem os rins. Dado que raramente é conhecida esta mesma PR, diferentes métodos de correção de atenuação (CA) foram desenvolvidos, nomeadamente os que utilizam fórmulas empíricas, como os de Raynaud, de Taylor ou de Tonnesen, ou recorrendo à aplicação direta da média geométrica (MG). Objetivos – Identificar a influência dos diferentes métodos de CA na quantificação da função renal relativa através da CR com 99mTc-DMSA e avaliar a respetiva variabilidade dos resultados de PR. Metodologia – Trinta e um pacientes com indicação para realização de CR com 99mTc-DMSA foram submetidos ao mesmo protocolo de aquisição. O processamento foi efetuado por dois operadores independentes, três vezes por exame, variando para o mesmo processamento o método de determinação da FRR: Raynaud, Taylor, Tonnesen, MG ou sem correção de atenuação (SCA). Aplicou-se o teste de Friedman para o estudo da influência dos diferentes métodos de CA e a correlação de Pearson para a associação e significância dos valores de PR com as variáveis idade, peso e altura. Resultados – Da aplicação do teste de Friedman verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre os vários métodos (p=0,000), excetuando as comparações SCA/Raynaud, Tonnesen/MG e Taylor/MG (p=1,000) para ambos os rins. A correlação de Pearson demonstra que a variável peso apresenta uma correlação forte positiva com todos os métodos de cálculo da PR. Conclusões – O método de Taylor, entre os três métodos de cálculo de PR, é o que apresenta valores de FRR mais próximos da MG. A escolha do método de CA influencia significativamente os parâmetros quantitativos de FRR.

Influência da experiência profissional e da função visual do operador no processamento semiautomático da cintigrafia de perfusão do miocárdio: variabilidade intra e interoperador na determinação dos parâmetros quantitativos

Introdução – A cintigrafia de perfusão do miocárdio (CPM) desempenha um importante papel no diagnóstico, avaliação e seguimento de pacientes com doença arterial coronária, sendo o seu processamento realizado maioritariamente de forma semiautomática. Uma vez que o desempenho dos técnicos de medicina nuclear (TMN) pode ser afetado por fatores individuais e ambientais, diferentes profissionais que processem os mesmos dados poderão obter diferentes estimativas dos parâmetros quantitativos (PQ). Objetivo – Avaliar a influência da experiência profissional e da função visual no processamento semiautomático da CPM. Analisar a variabilidade intra e interoperador na determinação dos PQ funcionais e de perfusão. Metodologia – Selecionou-se uma amostra de 20 TMN divididos em dois grupos, de acordo com a sua experiência no software Quantitative Gated SPECTTM: Grupo A (GA) – TMN ≥600h de experiência e Grupo B (GB) – TMN sem experiência. Submeteram-se os TMN a uma avaliação ortóptica e ao processamento de 21 CPM, cinco vezes, não consecutivas. Considerou-se uma visão alterada quando pelo menos um parâmetro da função visual se encontrava anormal. Para avaliar a repetibilidade e a reprodutibilidade recorreu-se à determinação dos coeficientes de variação, %. Na comparação dos PQ entre operadores, e para a análise do desempenho entre o GA e GB, aplicou-se o Teste de Friedman e de Wilcoxon, respetivamente, considerando o processamento das mesmas CPM. Para a comparação de TMN com visão normal e alterada na determinação dos PQ utilizou-se o Teste Mann-Whitney e para avaliar a influência da visão para cada PQ recorreu-se ao coeficiente de associação ETA. Diferenças estatisticamente significativas foram assumidas ao nível de significância de 5%. Resultados e Discussão – Verificou-se uma reduzida variabilidade intra (<6,59%) e inter (<5,07%) operador. O GB demonstrou ser o mais discrepante na determinação dos PQ, sendo a parede septal (PS) o único PQ que apresentou diferenças estatisticamente significativas (zw=-2,051, p=0,040), em detrimento do GA. No que se refere à influência da função visual foram detetadas diferenças estatisticamente significativas apenas na fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE) (U=11,5, p=0,012) entre TMN com visão normal e alterada, contribuindo a visão em 33,99% para a sua variação. Denotaram-se mais diferenças nos PQ obtidos em TMN que apresentam uma maior incidência de sintomatologia ocular e uma visão binocular diminuída. A FEVE demonstrou ser o parâmetro mais consistente entre operadores (1,86%). Conclusão – A CPM apresenta-se como uma técnica repetível e reprodutível, independente do operador. Verificou-se influência da experiência profissional e da função visual no processamento semiautomático da CPM, nos PQ PS e FEVE, respetivamente.

Solution enthalpies of 1,4-dioxane: Study of solvent effects through quantitative structure-property relationships

Solution enthalpies of 1,4-dioxane have been obtained in 15 protic and aprotic solvents at 298.15 K. Breaking the overall process through the use of Solomonov's methodology the cavity term was calculated and interaction enthalpies (Delta H-int) were determined. Main factors involved in the interaction enthalpy have been identified and quantified using a QSPR approach based on the TAKA model equation. The relevant descriptors were found to be pi* and beta, which showed, respectively, exothermic and endothermic contributions. The magnitude of pi* coefficient points toward non-specific solute-solvent interactions playing a major role in the solution process. The positive value of the beta coefficient reflects the endothermic character of the solvents' hydrogen bond acceptor (HBA) basicity contribution, indicating that solvent molecules engaged in hydrogen bonding preferentially interact with each other rather than with 1,4-dioxane. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

The influence of count's number in myocardium in the determination of reproducible parameters in Gated-SPECT studies simulated with GATE

Myocardial Perfusion Gated Single Photon Emission Tomography (Gated-SPET) imaging is used for the combined evaluation of myocardial perfusion and left ventricular (LV). The purpose of this study is to evaluate the influence of the total number of counts acquired from myocardium, in the calculation of myocardial functional parameters using routine software procedures. Methods: Gated-SPET studies were simulated using Monte Carlo GATE package and NURBS phantom. Simulated data were reconstructed and processed using the commercial software package Quantitative Gated-SPECT. The Bland-Altman and Mann-Whitney-Wilcoxon tests were used to analyze the influence of the number of total counts in the calculation of LV myocardium functional parameters. Results: In studies simulated with 3MBq in the myocardium there were significant differences in the functional parameters: Left ventricular ejection fraction (LVEF), end-systolic volume (ESV), Motility and Thickness; between studies acquired with 15s/projection and 30s/projection. Simulations with 4.2MBq show significant differences in LVEF, end-diastolic volume (EDV) and Thickness. Meanwhile in the simulations with 5.4MBq and 8.4MBq the differences were statistically significant for Motility and Thickness. Conclusion: The total number of counts per simulation doesn't significantly interfere with the determination of Gated-SPET functional parameters using the administered average activity of 450MBq to 5.4MBq in myocardium.

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.

Use of quantitative structure-property relationships to study the solvation process of 18-crown-6

Solution enthalpies of 18-crown-6 have been obtained for a set of 14 protic and aprotic solvents at 298.15 K. The complementary use of Solomonov's methodology and a QSPR-based approach allowed the identification of the most significant solvent descriptors that model the interaction enthalpy contribution of the solution process (Delta H-int(A/S)). Results were compared with data previously obtained for 1,4-dioxane. Although the interaction enthalpies of 18-crown-6 correlate well with those of 1,4-dioxane, the magnitude of the most relevant parameters, pi* and beta, is almost three times higher for 18-crown-6. This is rationalized in terms of the impact of the solute's volume in the solution processes of both compounds. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Shear-induced lamellar ionic liquid-crystal foam

n a recent paper we reported an experimental study of two N-alkylimidazolium salts. These ionic compounds exhibit liquid crystalline behaviour with melting points above 50 degrees C in bulk. However, if they are sheared, a (possibly non-equilibrium) lamellar phase forms at room temperature. Upon shearing a thin film of the material between microscope slides, textures were observed that are strikingly similar to liquid (wet) foams. The images obtained from polarising optical microscopy (POM) were found to share many of the known quantitative properties of a two-dimensional foam coarsening process. Here we report an experimental study of this foam using a shearing system coupled with POM. The structure and evolution of the foam are investigated through the image analysis of time sequences of micrographs obtained for well-controlled sets of physical parameters (sample thickness, shear rate and temperature). In particular, we find that there is a threshold shear rate below which no foam can form. Above this threshold, a steady-state foam pattern is obtained where the mean cell area generally decreases with increasing shear rate. Furthermore, the steady-state internal cell angles and distribution of the cell number of sides deviate from their equilibrium (i.e. zero-shear) values.

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.

Impact of a 1755-like tsunami in Huelva, Spain

Coastal areas are highly exposed to natural hazards associated with the sea. In all cases where there is historical evidence for devastating tsunamis, as is the case of the southern coasts of the Iberian Peninsula, there is a need for quantitative hazard tsunami assessment to support spatial planning. Also, local authorities must be able to act towards the population protection in a preemptive way, to inform 'what to do' and 'where to go' and in an alarm, to make people aware of the incoming danger. With this in mind, we investigated the inundation extent, run-up and water depths, of a 1755-like event on the region of Huelva, located on the Spanish southwestern coast, one of the regions that was affected in the past by several high energy events, as proved by historical documents and sedimentological data. Modelling was made with a slightly modified version of the COMCOT (Cornell Multi-grid Coupled Tsunami Model) code. Sensitivity tests were performed for a single source in order to understand the relevance and influence of the source parameters in the inundation extent and the fundamental impact parameters. We show that a 1755-like event will have a dramatic impact in a large area close to Huelva inundating an area between 82 and 92 km(2) and reaching maximum run-up around 5 m. In this sense our results show that small variations on the characteristics of the tsunami source are not too significant for the impact assessment. We show that the maximum flow depth and the maximum run-up increase with the average slip on the source, while the strike of the fault is not a critical factor as Huelva is significantly far away from the potential sources identified up to now. We also show that the maximum flow depth within the inundated area is very dependent on the tidal level, while maximum run-up is less affected, as a consequence of the complex morphology of the area.

Evaluation of exposure parameters in plain radiography: a comparative study with european guidelines

Typical distribution of exposure parameters in plain radiography is unknown in Portugal. This study aims to identify exposure parameters that are being used in plain radiography in the Lisbon area and to compare the collected data with European references [Commission of European Communities (CEC) guidelines]. The results show that in four examinations (skull, chest, lumbar spine and pelvis), there is a strong tendency of using exposure times above the European recommendation. The X-ray tube potential values (in kV) are below the recommended values from CEC guidelines. This study shows that at a local level (Lisbon region), radiographic practice does not comply with CEC guidelines concerning exposure techniques. Further national/local studies are recommended with the objective to improve exposure optimisation and technical procedures in plain radiography. This study also suggests the need to establish national/local diagnostic reference levels and to proceed to effective measurements for exposure optimisation.

Optimização dos protocolos de reconstrução em imagens TC de AVC isquémico agudo: projecto

Mestrado de Radiações aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Imagem Digital com Radiação X.

Avaliação da função ventricular esquerda e dimensão da aurícula esquerda por Vscan® e relatório de estágio

Mestrado em Tecnologia de Diagnóstico e Intervenção Cardiovascular. Área de especialização: Ultrassonografia Cardiovascular.