Estudo comparativo de dosimetria computacional entre modelos homogêneos e um modelo voxel em mamografia: uma discussão de aplicações em testes de constância e cálculo de dose glandular em pacientes

OBJETIVO: Comparar dados de dosimetria e fluência de fótons entre diferentes modelos de mama, discutindo as aplicações em testes de constância e estudos dosimétricos aplicados à mamografia. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram simulados diferentes modelos homogêneos e um modelo antropomórfico de mama tipo voxel, sendo contabilizadas: a dose total absorvida no modelo, a dose absorvida pelo tecido glandular/material equivalente, e a dose absorvida e a fluência de fótons em diferentes profundidades dos modelos. Uma câmara de ionização simulada coletou o kerma de entrada na pele. As combinações alvo-filtro estudadas foram Mo-30Mo e Mo-25Rh, para diferentes potenciais aceleradores de 26 kVp até 34 kVp. RESULTADOS: A dose glandular normalizada, comparada ao modelo voxel, resultou em diferenças entre -15% até -21% para RMI, -10% para PhantomMama e 10% para os modelos Barts e Keithley. A variação dos valores da camada semirredutora entre modelos foi geralmente inferior a 10% para todos os volumes sensíveis. CONCLUSÃO: Para avaliar a dose glandular normalizada e a dose glandular, em mamas médias, recomenda-se o modelo de Dance. Os modelos homogêneos devem ser utilizados para realizar testes de constância em dosimetria, mas eles não são indicados para estimar a dosimetria em pacientes reais

Longitudinal brain volumetric changes during one year in non-elderly healthy adults: a voxel-based morphometry study

Previous cross-sectional magnetic resonance imaging (MRI) studies of healthy aging in young adults have indicated the presence of significant inverse correlations between age and gray matter volumes, although not homogeneously across all brain regions. However, such cross-sectional studies have important limitations and there is a scarcity of detailed longitudinal MRI studies with repeated measures obtained in the same individuals in order to investigate regional gray matter changes during short periods of time in non-elderly healthy adults. In the present study, 52 healthy young adults aged 18 to 50 years (27 males and 25 females) were followed with repeated MRI acquisitions over approximately 15 months. Gray matter volumes were compared between the two times using voxel-based morphometry, with the prediction that volume changes would be detectable in the frontal lobe, temporal neocortex and hippocampus. Voxel-wise analyses showed significant (P < 0.05, family-wise error corrected) relative volume reductions of gray matter in two small foci located in the right orbitofrontal cortex and left hippocampus. Separate comparisons for males and females showed bilateral gray matter relative reductions in the orbitofrontal cortex over time only in males. We conclude that, in non-elderly healthy adults, subtle gray matter volume alterations are detectable after short periods of time. This underscores the dynamic nature of gray matter changes in the brain during adult life, with regional volume reductions being detectable in brain regions that are relevant to cognitive and emotional processes.

Cerebral perfusion and automated individual analysis using SPECT among an obsessive-compulsive population

OBJECTIVE: To make individual assessments using automated quantification methodology in order to screen for perfusion abnormalities in cerebral SPECT examinations among a sample of subjects with OCD. METHODS: Statistical parametric mapping (SPM) was used to compare 26 brain SPECT images from patients with OCD individually with an image bank of 32 normal subjects, using the statistical threshold of p < 0.05 (corrected for multiple comparisons at the level of individual voxels or clusters). The maps were analyzed, and regions presenting voxels that remained above this threshold were sought. RESULTS: Six patients from a sample of 26 OCD images showed abnormalities at cluster or voxel level, considering the criteria described above, which represented 23.07%. However, seven images from the normal group of 32 were also indicated as cases of perfusional abnormality, representing 21.8% of the sample. CONCLUSION: The automated quantification method was not considered to be a useful tool for clinical practice, for analyses complementary to visual inspection.

Neuroimagem na dependência de jogos eletrônicos: uma revisão sistemática

Objetivo: Realizar revisão sistemática de manuscritos que utilizaram a neuroimagem no estudo da dependência de jogos eletrônicos, a fim de identificar as principais regiões cerebrais alteradas. Métodos: Foram realizadas buscas nos seguintes bancos de dados: ScieELO, BVS, Lilacs, Science Direct On Line e PubMed. Não houve data mínima para a pesquisa, sendo considerados os artigos encontrados até julho de 2013. Os descritores utilizados para a presente revisão sistemática da literatura foram: “PET”, “SPECT”, “MRI”, “DTI”, “EEG”, “imaging”, “neuroimaging”, “spectroscopy”, “functional magnetic ressonance”, “structural magnetic ressonance”, “tractography”, “voxel” e “brain”, individualmente cruzados com os descritores “gaming” e “video game addiction”. Resultados: Dos 52 artigos encontrados, 16 foram selecionados: nove usaram fMRI, quatro usaram sRMI, um usou PET e dois usaram EEG. Em relação às alterações funcionais e estruturais, elas foram mais observadas no lobo frontal (córtex pré-frontal dorsolateral, córtex orbitofrontal, giro pré-frontal, giro frontal médio), parietal, temporal (giro para-hipocampal), núcleos da base, tálamo, ínsula e cerebelo. Conclusão: A despeito dos métodos utilizados, os estudos apontaram convergências quanto às reciprocidades cerebrais. Essas alterações neurais são semelhantes às observadas em pacientes dependentes de substâncias e de internet, especialmente durante o estado de fissura. Apesar de apenas recentemente pesquisas de neuroimagem em dependentes de jogos eletrônicos terem sido realizadas, contamos no momento com achados significativos alinhados à compreensão dos mecanismos neurais associados à dependência de jogos eletrônicos e respectiva inserção como categoria nosológica no âmbito psiquiátrico.

Avaliação de foco epileptogênico do lobo temporal: correlação entre SPECT ictal, ressonância magnética e ressonância magnética com espectroscopia de prótons

O objetivo deste trabalho foi determinar a existência de concordância entre os métodos radioisotópico e radiológico e, em caso positivo, avaliar a utilidade do SPECT ictal na determinação do foco epileptogênico. Foram realizados SPECT ictal, ressonância magnética (RM) e ressonância magnética com espectroscopia de prótons (RME) em seis pacientes com epilepsia de lobo temporal refratária. O SPECT ictal foi realizado após a retirada das drogas antiepilépticas durante monitoramento por vídeo-EEG, utilizando-se o 99mTc-ECD, administrado aos pacientes no início da crise. As imagens de RM foram obtidas em T1, T2 e FLAIR, com cortes de 3 e 5 mm de espessura, e a RME foi realizada com técnica PRESS, com voxel único posicionado no hipocampo, bilateralmente. A análise estatística incluiu os valores de Kappa (k), erro-padrão (ep) e o nível de significância (p) para a lateralização do foco. Os achados foram analisados com base na localização por EEG da descarga ictal, no tempo de duração da crise (109-280 s; média: 152 s) e no tempo de administração do traçador (30-262 s; média: 96 s). Obtivemos dados correlatos em quatro pacientes (67%), com valores de k = 0,67, ep = 0,38 e p = 0,041. Concluímos que existe concordância entre SPECT ictal, RM e RME, e a utilidade do procedimento radioisotópico está relacionada aos casos em que o EEG não é diagnóstico e quando há discordância ou indefinição diagnóstica na análise comparativa entre EEG, RM e RME.

Otimização de imagens mamográficas

OBJETIVO: Este trabalho tem como objetivo a otimização de imagens mamográficas, com consideráveis reduções de doses. MATERIAIS E MÉTODOS: Neste estudo o feixe de raios-X foi calibrado para cada tensão (kVp), de modo a determinar a melhor combinação de kVp e mAs que irá proporcionar uma densidade ótica (DO) em torno de 1.0 acima da base mais véu do filme utilizado. RESULTADOS: Serão discutidas questões sobre os métodos empregados para a seleção de parâmetros de exposição do feixe de raios-X, seleção da melhor imagem utilizando o método de avaliação gradativa visual, comparações entre as doses e carga do tubo (kVp × mAs) proporcionadas pelas técnicas determinadas neste estudo e pelas utilizadas na rotina clínica do Serviço de Diagnóstico por Imagem do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Botucatu. Neste estudo foram obtidas imagens radiográficas de mama de excelente qualidade, com redução de dose e carga de tubo, respectivamente, de 36,8% e 46,2%, quando comparadas com a técnica utilizada pela rotina clínica da instituição. CONCLUSÃO: Esta pesquisa vem contribuir com a otimização da relação risco-benefício para o paciente e custo-benefício para a instituição.

Simulação computacional de um feixe de fótons de 6 MV em diferentes meios heterogêneos utilizando o código PENELOPE

OBJETIVO: Utilizar o código PENELOPE e desenvolver geometrias onde estão presentes heterogeneidades para simular o comportamento do feixe de fótons nessas condições. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram feitas simulações do comportamento da radiação ionizante para o caso homogêneo, apenas água, e para os casos heterogêneos, com diferentes materiais. Consideraram-se geometrias cúbicas para os fantomas e geometrias em forma de paralelepípedos para as heterogeneidades com a seguinte composição: tecido simulador de osso e pulmão, seguindo recomendações da International Commission on Radiological Protection, e titânio, alumínio e prata. Definiram-se, como parâmetros de entrada: a energia e o tipo de partícula da fonte, 6 MV de fótons; a distância fonte-superfície de 100 cm; e o campo de radiação de 10x 10 cm². RESULTADOS: Obtiveram-se curvas de percentual de dose em profundidade para todos os casos. Observou-se que em materiais com densidade eletrônica alta, como a prata, a dose absorvida é maior em relação à dose absorvida no fantoma homogêneo, enquanto no tecido simulador de pulmão a dose é menor. CONCLUSÃO: Os resultados obtidos demonstram a importância de se considerar heterogeneidades nos algoritmos dos sistemas de planejamento usados no cálculo da distribuição de dose nos pacientes, evitando-se sub ou superdosagem dos tecidos próximos às heterogeneidades.

Dosimetria comparativa de braquiterapia de próstata com sementes de I-125 e Pd-103 via SISCODES/MCNP

OBJETIVO: O presente artigo visa apresentar um estudo dosimétrico comparativo de braquiterapia de próstata com sementes de I-125 e Pd-103. MATERIAIS E MÉTODOS: Um protocolo adotado para ambos os implantes com 148 sementes foi simulado em um fantoma tridimensional heterogêneo de pelve por meio dos códigos SISCODES/MCNP5. Histogramas dose-volume na próstata, bexiga e reto, índices de doses D10, D30, D90, D0,5cc, D2cc e D7cc, e representações de distribuição espacial de dose foram avaliados. RESULTADOS: A atividade inicial de cada semente de I-125, para que D90 seja equivalente à dose de prescrição, foi calculada em 0,42 mCi, e de Pd-103, em 0,94 mCi. A dose máxima na uretra foi 90% e 108% da dose de prescrição para I-125 e Pd-103, respectivamente. A D2cc para I-125 foi 30 Gy no reto e 127 Gy na bexiga, e para Pd-103 foi 29 Gy no reto e 189 Gy na bexiga. A D10 no osso do púbis foi 144 Gy para I-125 e 66 Gy para Pd-103. CONCLUSÃO: Os resultados indicam que os implantes de Pd-103 e I-125 puderam depositar a dose prescrita no volume alvo. Entre os achados, observou-se excessiva exposição de radiação nos ossos da pelve, principalmente no protocolo com I-125.

Comparative dosimetry in intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 and in Cf-252 brachytherapy combined with BNCT for brain tumors

Objective Comparative analysis of dosimetry in intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 and in Cf-252 brachytherapy combined with BNCT for treatment of brain tumors. Materials and Methods Simulations of intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 and in Cf-252 brachytherapy combined with BNCT were performed with the MCNP5 code, modeling the treatment of a brain tumor on a voxel computational phantom representing a human head. Absorbed dose rates were converted into biologically weighted dose rates. Results Intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 produced biologically weighted mean dose rates of 3.2E-11, 1.3E-10, 1.9E-11 and 6.9E-13 RBE.Gy.h-1.p-1.s, respectively, on the healthy tissue, on the balloon periphery and on the I 1 and I 2 tumor infiltration zones. On the other hand, Cf-252 brachytherapy combined with BNCT produced a biologically weighted mean dose rate of 5.2E-09, 2.3E-07, 8.7E-09 and 2.4E-09 RBE.Gy.h-1.p-1.s, respectively on the healthy tissue, on the target tumor and on the I 1 and I 2 infiltration zones. Conclusion Cf-252 brachytherapy combined with BNCT delivered a selective irradiation to the target tumor and to infiltration zones, while intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 delivered negligible doses on the tumor infiltration zones.

Tomografia computadorizada de feixe cônico na odontologia veterinária: descrição e padronização da técnica

Onze cães e quatro gatos, portadores de alterações buco-dentárias e atendidos no Centro Veterinário do Gama, em Brasília, DF, foram submetidos à tomografia computadorizada de feixe cônico. Os exames foram realizados em um tomógrafo i-CAT, utilizando para aquisição das imagens, altura de seis centímetros, tempo de 40 segundos, 0,2 voxel, 120 kilovolts e 46,72 miliampéres por segundo. O melhor posicionamento dos animais para realização do exame foi definido neste estudo. Esse é um fator fundamental para a realização do exame, que necessitou um protocolo anestésico simples e seguro, em função do tempo mínimo necessário à obtenção das imagens. Várias alterações e enfermidades foram identificadas, com extrema acurácia, credenciando a tomografia computadorizada de feixe cônico como um exame seguro, acessível e exeqüível e que pode ser incorporado à rotina odontológica das clínicas de pequenos animais.

A clinical gamma camera-based pinhole collimated system for high resolution small animal SPECT imaging

The main objective of the present study was to upgrade a clinical gamma camera to obtain high resolution tomographic images of small animal organs. The system is based on a clinical gamma camera to which we have adapted a special-purpose pinhole collimator and a device for positioning and rotating the target based on a computer-controlled step motor. We developed a software tool to reconstruct the target’s three-dimensional distribution of emission from a set of planar projections, based on the maximum likelihood algorithm. We present details on the hardware and software implementation. We imaged phantoms and heart and kidneys of rats. When using pinhole collimators, the spatial resolution and sensitivity of the imaging system depend on parameters such as the detector-to-collimator and detector-to-target distances and pinhole diameter. In this study, we reached an object voxel size of 0.6 mm and spatial resolution better than 2.4 and 1.7 mm full width at half maximum when 1.5- and 1.0-mm diameter pinholes were used, respectively. Appropriate sensitivity to study the target of interest was attained in both cases. Additionally, we show that as few as 12 projections are sufficient to attain good quality reconstructions, a result that implies a significant reduction of acquisition time and opens the possibility for radiotracer dynamic studies. In conclusion, a high resolution single photon emission computed tomography (SPECT) system was developed using a commercial clinical gamma camera, allowing the acquisition of detailed volumetric images of small animal organs. This type of system has important implications for research areas such as Cardiology, Neurology or Oncology.

Manual and semi-automatic quantification of in vivo ¹H-MRS data for the classification of human primary brain tumors

In vivo proton magnetic resonance spectroscopy (¹H-MRS) is a technique capable of assessing biochemical content and pathways in normal and pathological tissue. In the brain, ¹H-MRS complements the information given by magnetic resonance images. The main goal of the present study was to assess the accuracy of ¹H-MRS for the classification of brain tumors in a pilot study comparing results obtained by manual and semi-automatic quantification of metabolites. In vivo single-voxel ¹H-MRS was performed in 24 control subjects and 26 patients with brain neoplasms that included meningiomas, high-grade neuroglial tumors and pilocytic astrocytomas. Seven metabolite groups (lactate, lipids, N-acetyl-aspartate, glutamate and glutamine group, total creatine, total choline, myo-inositol) were evaluated in all spectra by two methods: a manual one consisting of integration of manually defined peak areas, and the advanced method for accurate, robust and efficient spectral fitting (AMARES), a semi-automatic quantification method implemented in the jMRUI software. Statistical methods included discriminant analysis and the leave-one-out cross-validation method. Both manual and semi-automatic analyses detected differences in metabolite content between tumor groups and controls (P < 0.005). The classification accuracy obtained with the manual method was 75% for high-grade neuroglial tumors, 55% for meningiomas and 56% for pilocytic astrocytomas, while for the semi-automatic method it was 78, 70, and 98%, respectively. Both methods classified all control subjects correctly. The study demonstrated that ¹H-MRS accurately differentiated normal from tumoral brain tissue and confirmed the superiority of the semi-automatic quantification method.

Effect of scanner acoustic background noise on strict resting-state fMRI

Functional MRI (fMRI) resting-state experiments are aimed at identifying brain networks that support basal brain function. Although most investigators consider a ‘resting-state’ fMRI experiment with no specific external stimulation, subjects are unavoidably under heavy acoustic noise produced by the equipment. In the present study, we evaluated the influence of auditory input on the resting-state networks (RSNs). Twenty-two healthy subjects were scanned using two similar echo-planar imaging sequences in the same 3T MRI scanner: a default pulse sequence and a reduced “silent” pulse sequence. Experimental sessions consisted of two consecutive 7-min runs with noise conditions (default or silent) counterbalanced across subjects. A self-organizing group independent component analysis was applied to fMRI data in order to recognize the RSNs. The insula, left middle frontal gyrus and right precentral and left inferior parietal lobules showed significant differences in the voxel-wise comparison between RSNs depending on noise condition. In the presence of low-level noise, these areas Granger-cause oscillations in RSNs with cognitive implications (dorsal attention and entorhinal), while during high noise acquisition, these connectivities are reduced or inverted. Applying low noise MR acquisitions in research may allow the detection of subtle differences of the RSNs, with implications in experimental planning for resting-state studies, data analysis, and ergonomic factors.