Assessment of the quality of brain regions and neuroimaging metrics as biomarkers of Alzheimer’s disease

Alzheimer Disease (AD) is characterized by progressive cognitive decline and dementia. Earlier diagnosis and classification of different stages of the disease are currently the main challenges and can be assessed by neuroimaging. With this work we aim to evaluate the quality of brain regions and neuroimaging metrics as biomarkers of AD. Multimodal Imaging Brain Connectivity Analysis (MIBCA) toolbox functionalities were used to study AD by T1weighted, Diffusion Tensor Imaging and 18FAV45 PET, with data obtained from the AD Neuroimaging Initiative database, specifically 12 healthy controls (CTRL) and 33 patients with early mild cognitive impairment (EMCI), late MCI (LMCI) and AD (11 patients/group). The metrics evaluated were gray-matter volume (GMV), cortical thickness (CThk), mean diffusivity (MD), fractional anisotropy (FA), fiber count (FiberConn), node degree (Deg), cluster coefficient (ClusC) and relative standard-uptake-values (rSUV). Receiver Operating Characteristic (ROC) curves were used to evaluate and compare the diagnostic accuracy of the most significant metrics and brain regions and expressed as area under the curve (AUC). Comparisons were performed between groups. The RH-Accumbens/Deg demonstrated the highest AUC when differentiating between CTRLEMCI (82%), whether rSUV presented it in several brain regions when distinguishing CTRL-LMCI (99%). Regarding CTRL-AD, highest AUC were found with LH-STG/FiberConn and RH-FP/FiberConn (~100%). A larger number of neuroimaging metrics related with cortical atrophy with AUC>70% was found in CTRL-AD in both hemispheres, while in earlier stages, cortical metrics showed in more confined areas of the temporal region and mainly in LH, indicating an increasing of the spread of cortical atrophy that is characteristic of disease progression. In CTRL-EMCI several brain regions and neuroimaging metrics presented AUC>70% with a worst result in later stages suggesting these indicators as biomarkers for an earlier stage of MCI, although further research is necessary.

Design and optimization of na ultra wideband and compact microwave antenna for radiometric monitoring of brain temperature

We present the modeling efforts on antenna design and frequency selection to monitor brain temperature during prolonged surgery using noninvasive microwave radiometry. A tapered log-spiral antenna design is chosen for its wideband characteristics that allow higher power collection from deep brain. Parametric analysis with the software HFSS is used to optimize antenna performance for deep brain temperature sensing. Radiometric antenna efficiency (eta) is evaluated in terms of the ratio of power collected from brain to total power received by the antenna. Anatomical information extracted from several adult computed tomography scans is used to establish design parameters for constructing an accurate layered 3-D tissue phantom. This head phantom includes separate brain and scalp regions, with tissue equivalent liquids circulating at independent temperatures on either side of an intact skull. The optimized frequency band is 1.1-1.6 GHz producing an average antenna efficiency of 50.3% from a two turn log-spiral antenna. The entire sensor package is contained in a lightweight and low-profile 2.8 cm diameter by 1.5 cm high assembly that can be held in place over the skin with an electromagnetic interference shielding adhesive patch. The calculated radiometric equivalent brain temperature tracks within 0.4 degrees C of the measured brain phantom temperature when the brain phantom is lowered 10. C and then returned to the original temperature (37 degrees C) over a 4.6-h experiment. The numerical and experimental results demonstrate that the optimized 2.5-cm log-spiral antenna is well suited for the noninvasive radiometric sensing of deep brain temperature.

Influence of reconstruction parameters for FBP in semiquantification of brain studies with 123I-FPCIT

Brain dopamine transporters imaging by Single Photon Emission Tomography (SPECT) with 123I-FP-CIT has become an important tool in the diagnosis and evaluation of parkinsonian syndromes, since this radiopharmaceutical exhibits high affinity for membrane transporters responsible for cellular reabsorption of dopamine on the striatum. However, Ordered Subset Expectation Maximization (OSEM) is the method recommended in the literature for imaging reconstruction. Filtered Back Projection (FBP) is still used due to its fast processing, even if it presents some disadvantages. The aim of this work is to investigate the influence of reconstruction parameters for FBP in semiquantification of Brain Studies with 123I-FPCIT compared with those obtained with OSEM recommended reconstruction.

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.

Tratamento radiocirúrgico de metástases cerebrais: a relação da histologia, localização cerebral e sintomas

Objetivo – Caracterizar clínica e estatisticamente os doentes com metástases cerebrais submetidos a radiocirurgia. Metodologia – Análise retrospetiva dos doentes com metástases cerebrais submetidos a radiocirurgia com Linac no Hospital do Meixoeiro, sendo a informação analisada no SPSS, versão 18. Resultados – Avaliaram‑se 116 doentes com metástases cerebrais. As localizações primárias de pulmão (54,30%) e mama (21,60%) predominaram. Destacaram‑se como sintomas mais frequentes: cefaleias, fraqueza motora, hemiparesia, paresia e tonturas. Confirma‑se a existência de correlação entre os sintomas decorrentes da presença de metástase e a sua localização cerebral, evidenciando a sua importância no diagnóstico precoce das metástases. O lobo frontal foi a localização cerebral predominante. Discussão e Considerações Finais – Verifica‑se que tendencialmente não existe correlação entre a localização primária e a localização cerebral da metástase. O número de metástases tratadas não sugere ter influência no tempo de sobrevida após o seu diagnóstico. A realização de cirurgia e/ou administração de radioterapia holocraniana previamente à radiocirurgia não apresentou prolongamento de sobrevida em comparação com os doentes não submetidos a tratamento prévio. ABSTRACT: Objective – To characterize clinically and statistically patients with brain metastases who underwent radiosurgery. Methodology – Retrospective analysis of patients with brain metastases that underwent linear accelerator‑based radiosurgery in Hospital do Meixoeiro, and the information analyzed in SPSS version 18. Results – Were evaluated 116 patients with brain metastases. Primary tumors of lung (54.30%) and breast (21.60%) were predominant. Symptoms that stood out as common: headache, motor deficit, hemiparesis, paresis and dizziness. It was confirmed the existence of a correlation between the symptoms arising from the presence of metastasis and its brain location, showing its importance in early diagnosis of metastases. The frontal lobe and the parietal lobe represented the most affected locations by brain metastases. Discussion of results and Concluding Remarks – It verified that tends to be no correlation between the primary location of the tumor and the location of brain metastasis. The number of treated metastases didn’t suggest influence on survival after their diagnosis. The realization of surgery and/or administration of whole‑brain irradiation therapy prior to radiosurgery, showed no prolongation of survival compared with patients that were not submitted to previous treatment.

Conectividade estrutural do cérebro: diferenças entre um cérebro normal e um cérebro com patologia

Perceber a rede estrutural formada pelos neurónios no cérebro a nível da macro escala é um desafio atual na área das neurociências. Neste estudo analisou-se a conectividade estrutural do cérebro em 22 indivíduos saudáveis e em dois doentes com epilepsia pós-traumática. Avaliaram-se as diferenças entre estes dois grupos. Também se pesquisaram diferenças a nível do género e idade no grupo de indivíduos saudáveis e os que têm valores médios mais elevados nas métricas de caracterização da rede. Para tal, desenvolveu-se um protocolo de análise recorrendo a diversos softwares especializados e usaram-se métricas da Teoria dos Grafos para a caracterização da conectividade estrutural entre 118 regiões encefálicas distintas. Dentro do grupo dos indivíduos saudáveis concluiu-se que os homens, no geral, são os que têm média mais alta para as métricas de caracterização da rede estrutural. Contudo, não se observaram diferenças significativas em relação ao género nas métricas de caracterização global do cérebro. Relativamente à idade, esta correlaciona-se negativamente, no geral, com as métricas de caracterização da rede estrutural. As regiões onde se observaram as diferenças mais importantes entre indivíduos saudáveis e doentes são: o sulco rolândico, o hipocampo, o pré-cuneus, o tálamo e o cerebelo bilateralmente. Estas diferenças são consistentes com as imagens radiológicas dos doentes e com a literatura estudada sobre a epilepsia pós-traumática. Preveem-se desenvolvimentos para o estudo da conectividade estrutural do cérebro humano, uma vez que a sua potencialidade pode ser combinada com outros métodos de modo a caracterizar as alterações dos circuitos cerebrais.

Desenvolvimento e mensuração do diâmetro transversal do cerebelo fetal por ressonância magnética

A ressonância magnética fetal é um método eficaz na avaliação pré-natal da morfologia normal do cérebro e no diagnóstico de patologias do sistema nervoso central, sendo um importante complemento clínico à ecografia. O cerebelo é uma das estruturas menos afetadas em casos de restrição de crescimento fetal, tornando-se um bom indicador na avaliação do desenvolvimento fetal e da idade gestacional. Deste modo, a avaliação biométrica fetal é fundamental no diagnóstico pré-natal do desenvolvimento cerebral. Objetivo – Avaliação do diâmetro transversal do cerebelo (estrutura anatómica de referência do sistema nervoso central) do feto e posterior comparação com um estudo internacional reconhecido nesta matéria. Material e métodos – A amostra foi constituída por 84 gestantes que realizaram ressonância magnética fetal numa clínica de imagiologia médica da região Centro. A medição considerada para a avaliação do desenvolvimento fetal foi o diâmetro transversal do cerebelo. Resultados – Os resultados obtidos para o diâmetro transversal do cerebelo por ressonância magnética fetal vieram a demonstrar a ausência de diferenças médias estatisticamente significativas (p>0,05) em função do número de semanas de gestação, face aos valores teóricos aferidos no estudo de Garel. Conclusão – Com base nos resultados obtidos, para o diâmetro transversal do cerebelo podemos concluir que o parâmetro analisado é coerente com a publicação de Catherine Garel – Le développement du cerveau foetal atlas IRM et biometrie.

Mapeamento das regiões cerebrais associadas ao engano

Mestrado em Radiações aplicadas às Tecnologias da Saúde - Ramo de Ressonância Magnética