Avaliação do desempenho de um sistema híbrido de tomografia por emissão de positrões e tomografia computorizada

Mestrado em Medicina Nuclear.

Lesion detection performance: comparative analysis of low-dose CT data of the chest on two hybrid imaging systems

Incidental findings on low-dose CT images obtained during hybrid imaging are an increasing phenomenon as CT technology advances. Understanding the diagnostic value of incidental findings along with the technical limitations is important when reporting image results and recommending follow-up, which may result in an additional radiation dose from further diagnostic imaging and an increase in patient anxiety. This study assessed lesions incidentally detected on CT images acquired for attenuation correction on two SPECT/CT systems. Methods: An anthropomorphic chest phantom containing simulated lesions of varying size and density was imaged on an Infinia Hawkeye 4 and a Symbia T6 using the low-dose CT settings applied for attenuation correction acquisitions in myocardial perfusion imaging. Twenty-two interpreters assessed 46 images from each SPECT/CT system (15 normal images and 31 abnormal images; 41 lesions). Data were evaluated using a jackknife alternative free-response receiver-operating-characteristic analysis (JAFROC). Results: JAFROC analysis showed a significant difference (P < 0.0001) in lesion detection, with the figures of merit being 0.599 (95% confidence interval, 0.568, 0.631) and 0.810 (95% confidence interval, 0.781, 0.839) for the Infinia Hawkeye 4 and Symbia T6, respectively. Lesion detection on the Infinia Hawkeye 4 was generally limited to larger, higher-density lesions. The Symbia T6 allowed improved detection rates for midsized lesions and some lower-density lesions. However, interpreters struggled to detect small (5 mm) lesions on both image sets, irrespective of density. Conclusion: Lesion detection is more reliable on low-dose CT images from the Symbia T6 than from the Infinia Hawkeye 4. This phantom-based study gives an indication of potential lesion detection in the clinical context as shown by two commonly used SPECT/CT systems, which may assist the clinician in determining whether further diagnostic imaging is justified.

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.

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.

Optimisation of paediatrics computed radiography for full spine curvature measurements using a phantom: a pilot study

Aim: Optimise a set of exposure factors, with the lowest effective dose, to delineate spinal curvature with the modified Cobb method in a full spine using computed radiography (CR) for a 5-year-old paediatric anthropomorphic phantom. Methods: Images were acquired by varying a set of parameters: positions (antero-posterior (AP), posteroanterior (PA) and lateral), kilo-voltage peak (kVp) (66-90), source-to-image distance (SID) (150 to 200cm), broad focus and the use of a grid (grid in/out) to analyse the impact on E and image quality (IQ). IQ was analysed applying two approaches: objective [contrast-to-noise-ratio/(CNR] and perceptual, using 5 observers. Monte-Carlo modelling was used for dose estimation. Cohen’s Kappa coefficient was used to calculate inter-observer-variability. The angle was measured using Cobb’s method on lateral projections under different imaging conditions. Results: PA promoted the lowest effective dose (0.013 mSv) compared to AP (0.048 mSv) and lateral (0.025 mSv). The exposure parameters that allowed lower dose were 200cm SID, 90 kVp, broad focus and grid out for paediatrics using an Agfa CR system. Thirty-seven images were assessed for IQ and thirty-two were classified adequate. Cobb angle measurements varied between 16°±2.9 and 19.9°±0.9. Conclusion: Cobb angle measurements can be performed using the lowest dose with a low contrast-tonoise ratio. The variation on measurements for this was ±2.9° and this is within the range of acceptable clinical error without impact on clinical diagnosis. Further work is recommended on improvement to the sample size and a more robust perceptual IQ assessment protocol for observers.

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.

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.

Utilidade do PET/CT na caracterização do nódulo solitário pulmonar

Introdução – O cancro de pulmão/traqueia e brônquios é a principal causa de morte por neoplasia na União Europeia. A técnica de duas aquisições de imagem em tempos diferentes no Positron Emission Tomography/Computed Tomography (PET/CT) tem sido referenciada em alguns artigos como uma mais-valia no diagnóstico do cancro do pulmão. O objectivo deste estudo consiste em avaliar a eficiência diagnóstica do PET/CT com a aquisição das duas imagens em tempos diferentes na caracterização do nódulo solitário pulmonar (NSP), tendo em conta a histologia e o tamanho do nódulo. Metodologia – Foram analisados 115 NSP, num total de 110 pacientes, dos quais 65 nódulos eram malignos. Adquiriram-se duas imagens, a primeira a um tempo médio de 52 minutos e a segunda a um tempo médio de 125 minutos após administração do 18F-2-fluoro-2-deoxi-D-glucose (18F-FDG). Para a análise das imagens obteve-se o standard uptake value máximo (SUVmax) e a percentagem de variação dos SUVmax (%variação). Resultados – A %variação apresenta valores de eficiência diagnóstica superiores à análise dos SUVmax em separado. Existem também diferenças significativas na histologia e no SUVmax, registando-se um aumento do SUVmax2 comparativamente ao SUVmax1 nas patologias malignas. Conclusão – A técnica da aquisição de duas imagens em tempos diferentes mostrou ser mais eficaz na caracterização do NSP do que a análise de apenas uma imagem.

Contributo para o estabelecimento de níveis de referência de diagnóstico em equipamentos de TC multidetectores

Actualmente a Tomografia Computorizada (TC) é um dos métodos de diagnóstico por imagem que tem uma maior contribuição para a dose de radiação X recebida pelos pacientes. Pretende-se com este estudo avaliar as doses praticadas em TC e contribuir para o estabelecimento de Níveis de Referência de Diagnóstico (NRD) na região da Grande Lisboa, Portugal. Foram efectuadas medições de dose em 5 equipamentos de TC multidetectores, considerando o abdómen como área anatómica de interesse. Recorreu-se a uma câmara de ionização e a um fantoma para obter o índice de dose de TC (CTDI) e o produto dose-comprimento (DLP), que permitem determinar os NRD. Estes valores foram comparados com os NRD propostos pela Guideline Europeia e com os estudos desenvolvidos em outros países, como o Reino Unido, Grécia e Taiwan. Os resultados revelaram que os valores de NRD obtidos neste estudo (16,7 mGy para o CTDIvol e 436,5 mGy·cm para o DLP) são discrepantes relativamente à Guideline Europeia (±50%), mas muito próximos relativamente aos NRD estabelecidos nos países considerados. Estes valores podem ser eventualmente explicados pelos equipamentos em análise e pela utilização de protocolos de exame adoptados pelos profissionais de Radiologia nas instituições analisadas. ABSTRACT - Nowadays Computed Tomography (CT) is one of the imaging techniques which have a large contribution to radiation dose received by patients. The purpose of this study is to evaluate CT doses and contribute to the establishment of Diagnostic Reference Levels (DRL) in Lisbon, Portugal. Dose measurements on 5 multidetector CT scanners have been performed, considering the abdomen as the anatomic region of interest. All measurements were performed using an ionization chamber and a phantom to obtain the index CT dose (CTDI) and the dose-length product (DLP), which are used to determine DRL. These values were compared not only with European reference dose values but also with DRL studies developed in other countries like United Kingdom, Greece and Taiwan. The results revealed that DRL values obtained in this study (CTDIvol is 16,7 mGy and DLP is 436,5 mGy·cm) have a higher discrepancy to European Guideline (±50%), while the DRL´s of other countries are nearest to values obtained in this study. Those differences may be eventually explained by the type of the evaluated equipments but also by the exam protocols used by the Radiology professionals on the analyzed institutions.

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.

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.