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.

Antena para sistema de localização interior

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

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.

Complexos de rénio com ligandos solúveis em água: aplicação em catálise

O objectivo deste trabalho consistiu na síntese de novos complexos de rénio com ligandos solúveis em água. Para tal, utilizaram-se os materiais de partida [ReCl2{η1-N-N2C(O)Ph}(PPh3)2] e Re2O7 e os compostos solúveis em água ( e relacionáveis) 1, 3, 5-triazo-fosfaadamantano (PTA), iodeto de 1-metil-1, 3, 5 -triazo-7-fosfaadamantano ([Me-PTA]I), hexametilenotetraamina (HMT), hidrotris(1-pirazolil)metano (Tpm), hidrotris(3, 5-dimetil-1-pirazolil)metano (TpmMe) e tris(1-pirazolil)metanossulfonato de lítio (LiTpms). Como resulrado, conseguiu-se sintetizar o complexo de rénio [ReCl2{η1-N-N2C(O)Ph}(PTA)3] contendo moléculas de PTA coordenadas de modos diferentes, ou seja, coordenam-se duas moléculas pelo átomo de azoto e uma pelo átomo de fósforo. Este aparente ser o primeiro complexo de rénio a apresentar este tipo de coordenação. Para além deste complexo, conseguiram-se sintetizar também vários complexos derivados de Re2O7, incorporando os ligandos acima mencionados, em diferentes combinações. Todos os complexos foram caracterizados por Espectroscopias de Radiação Infravermelha e de Ressonância Magnética Nuclear, por Análise Elementar, Voltametria Cíclica e Electrólise a Potencial Controlado. Estudou-se a actividade catalítica de todos os complexos sintetizados na oxidação peroxidativa do ciclo-hexano a ciclo-hexanol e ciclo-hexanona, em condições suaves. Os resultados obtidos são promissores, na medida em que os complexos aparentam ser bastante selectivos relativamente à obtenção de ciclo-hexanona.

Implementação de WDM com dispositivos semicondutores

Este trabalho utiliza uma estrutura pin empilhada, baseada numa liga de siliceto de carbono amorfo hidrogenado (a-Si:H e/ou a-SiC:H), que funciona como filtro óptico na zona visível do espectro electromagnético. Pretende-se utilizar este dispositivo para realizar a demultiplexagem de sinais ópticos e desenvolver um algoritmo que permita fazer o reconhecimento autónomo do sinal transmitido em cada canal. O objectivo desta tese visa implementar um algoritmo que permita o reconhecimento autónomo da informação transmitida por cada canal através da leitura da fotocorrente fornecida pelo dispositivo. O tema deste trabalho resulta das conclusões de trabalhos anteriores, em que este dispositivo e outros de configuração idêntica foram analisados, de forma a explorar a sua utilização na implementação da tecnologia WDM. Neste trabalho foram utilizados três canais de transmissão (Azul – 470 nm, Verde – 525 nm e Vermelho – 626 nm) e vários tipos de radiação de fundo. Foram realizadas medidas da resposta espectral e da resposta temporal da fotocorrente do dispositivo, em diferentes condições experimentais. Variou-se o comprimento de onda do canal e o comprimento de onda do fundo aplicado, mantendo-se constante a intensidade do canal e a frequência de transmissão. Os resultados obtidos permitiram aferir sobre a influência da presença da radiação de fundo e da tensão aplicada ao dispositivo, usando diferentes sequências de dados transmitidos nos vários canais. Verificou-se, que sob polarização inversa, a radiação de fundo vermelho amplifica os valores de fotocorrente do canal azul e a radiação de fundo azul amplifica o canal vermelho e verde. Para polarização directa, apenas a radiação de fundo azul amplifica os valores de fotocorrente do canal vermelho. Enquanto para ambas as polarizações, a radiação de fundo verde, não tem uma grande influência nos restantes canais. Foram implementados dois algoritmos para proceder ao reconhecimento da informação de cada canal. Na primeira abordagem usou-se a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa e directa. Pela comparação das duas medidas desenvolveu-se e testou-se um algoritmo que permite o reconhecimento dos canais individuais. Numa segunda abordagem procedeu-se ao reconhecimento da informação de cada canal mas com aplicação de radiação de fundo, tendo-se usado a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa sem aplicação de radiação de fundo com a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa com aplicação de radiação de fundo. Pela comparação destas duas medidas desenvolveu-se e testou-se o segundo algoritmo que permite o reconhecimento dos canais individuais com base na aplicação de radiação de fundo.

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.

Torre solar: estudo do rendimento e viabilidade de centrais térmicas solares para produção de energia eléctrica de pequena e média dimensão

O aproveitamento da radiação solar representa um recurso energético extremamente benéfico, quer no âmbito energético, quer no ambiental, contribuindo para a redução das emissões de gases nocivos para a atmosfera. Portugal apresenta uma radiação solar total média anual bastante elevada, colocando-se entre um dos países que apresentam melhores potencialidades para o aproveitamento da energia solar. A torre solar consiste numa estufa com uma determinada extensão com uma chaminé no seu centro e o seu funcionamento baseia-se no aquecimento do ar que circula por baixo da estufa, sendo expelido pela chaminé. Nesta tese é abordado o tema da torre solar e os princípios físicos inerentes ao seu funcionamento. Foi estudado e descrito o método de cálculo de diversos parâmetros e resultados associados ao funcionamento da torre solar. Elaborou-se uma folha de cálculo para obtenção dos valores de simulações de torres com diversas dimensões, tecendo-se conclusões quanto aos resultados e às variações dos mesmos, consoante as alterações de dimensão dos elementos que a constituem. Foram descritos os vários elementos que constituem uma torre solar, bem como as suas características e tipologias. Efectuou-se um estudo com aplicação a um caso real, para se tecer algumas conclusões e comentários relativamente à viabilidade de uma torre solar para a situação em causa. Por fim, com base em todo o trabalho desenvolvido e abordado, foi possível tecer-se algumas conclusões quanto à viabilidade das torres solares.

Ensaios acústicos de edifícios

As mais diversas actividades humanas ocorrentes na periferia dos edifícios, principalmente nos grandes centros urbanos, e no interior dos próprios edifícios, originam níveis de intensidade sonora que podem ser fontes de elevado incómodo para os seus habitantes. A escolha de soluções construtivas adequadas que visem atenuar os efeitos destas fontes de radiação sonora torna-se desta forma importante para garantir a qualidade habitacional. Com vista à obtenção das exigências de conforto acústico o regulamento dos requisitos acústicos em edifícios estipula um conjunto de parâmetros de desempenho acústico que os elementos constituintes dos edifícios estão obrigados a cumprir. A avaliação destes parâmetros faz-se recorrendo à realização de ensaios acústicos, medições estas que se regem pelas normas da série ISO 140 e da série ISO 717. No presente trabalho descreveu-se resumidamente todas as especificações e procedimentos essenciais que as referidas normas de medição de isolamento sonoro definem. Foi ainda efectuada a avaliação in situ do isolamento a sons aéreos de dois elementos que separam compartimentos de diferentes fogos, de quatro elementos de fachada assim como o isolamento a sons de percussão de um pavimento pertencente a um edifício multifamiliar com uso unicamente habitacional, que serviu como caso de estudo. Posteriormente e através da análise objectiva dos resultados dos ensaios efectuou-se a verificação da conformidade dos índices de isolamento sonoro obtidos com os requisitos regulamentares.

Modificação de estruturas zeolíticas por dessilicação: caracterização da porosidade e da acidez por técnicas de adsorção e catálise

Este trabalho experimental teve como objectivo a dessilicação dos zeólitos MOR, BEA, MFI e FER de acordo com condições experimentais descritas na literatura e ainda a optimização das condições de dessilicação para o zeólito MOR, onde se variaram os parâmetros: temperatura, tempo e concentração de solução de NaOH. As amostras foram caracterizadas recorrendo a técnicas de caracterização estrutural, morfológica, textural e de acidez, nomeadamente difracção de raios X, microscopia electrónica de varrimento, adsorção de azoto a baixa temperatura, espectroscopia de infravermelho, “cracking” do n-heptano e adsorção de piridina seguida de espectroscopia de infravermelho. Nas estruturas dessilicadas, de acordo com a literatura registaram-se diferenças relativamente aos resultados publicados, o que pode dever-se às diferentes características dos materiais estudados, nomedamente a razão Si/Al e o tamanho dos cristais. Verificou-se assim que o desenvolvimento de mesoporosidade é fortemente influenciado pelas propriedades dos materiais de partida. No estudo de optimização das condições de dessilicação para a estrutura MOR, verificou-se que a amostra que conduziu a melhores resultados de propriedades texturais, estruturais, morfológicas e de acidez foi a amostra sujeita a tratamento alcalino com uma solução de NaOH com uma concentração de 0,2 M, à temperatura de 85 ºC durante 2 horas. O tratamento alcalino resultou no desenvolvimento de mesoporosidade, evidenciado pelo aumento de número de moles adsorvidas a pressões relativas elevadas e também devido à presença de uma forma de histerese do tipo H4. A extracção de sílicio da rede do zeólito através do tratamento alcalino foi alcançado. Este facto pode ser comprovado através da análise dos espectros de infravermelho, concretamente através da análise da região correspondente às bandas estruturais, verificando-se um desvio de banda correspondente ao estiramento assimétrico das ligações T-O-T, sensivelmente a 1090 cm-1, para valores menores. Por fim, procedeu-se à realização do tratamento alcalino com recurso à radiação microondas, tendo-se obtido resultados idênticos aos de algumas amostras cuja dessilicação foi realizada convencionalmente, mas num tempo de tratamento inferior.

Quantificação de fluxo do líquido cefalorraquidiano (LCR) por ressonância magnética

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Especialização: Ressonância Magnética.

Estudo da eficiência de deteção de um monitor portátil de contaminação de superfícies em função da distância e do débito de emissão da fonte

Introdução – No caso de uma eventual contaminação radioativa esta deve ser quantificada, pelo que é necessário garantir que as condições de funcionamento de um monitor de contaminação de superfícies se encontrem adequadamente caracterizadas, através da determinação da sua eficiência de deteção. Este estudo tem como objetivo determinar a eficiência de deteção de um monitor de contaminação e analisar a influência da distância e da atividade. Metodologia – O monitor de contaminação Thermo Mini 900E e as fontes radioativas planas de referência de Carbono – 14 (C-14), Césio – 137 (Cs-137), Estrôncio – 90 (Sr-90), Cloro – 36 (Cl-36) e Amerício – 241 (Am-241) com débito de emissão superficial rastreável ao Physikalish Technischen Bundesanstalt (PTB) foram utilizadas. Fontes de Sr-90 e C-14 com dois débitos de emissão distintos para cada e distâncias de 1 a 20mm foram usados para estudar a sua influência na eficiência de deteção. Resultados – Verificou-se que as fontes radioativas emissoras de partículas de maior energia apresentam uma maior eficiência de deteção e que esta diminui com o aumento da distância do detetor à fonte, sendo que os radioisótopos de maior energia apresentam um decréscimo na eficiência de 15% ao longo de 20mm, enquanto os radioisótopos de menor energia apresentam um decréscimo de 10%. Não se verificou uma influência expressiva do débito de emissão na eficiência de deteção deste monitor de contaminação. Conclusão – A eficiência de deteção de um monitor de contaminação portátil é dependente da distância deste à contaminação bem como do tipo de radiação emitida e energia dos radioisótopos presentes na contaminação. - ABSTRACT - Introduction – A radioactive contamination needs to be quantified in case it eventually occurs. Therefore it is necessary to ensure that the operating conditions of a surface contamination monitor are characterized by determining its detection efficiency. This experimental study aims to determine the detection efficiency of a contamination monitor and evaluate the distance and surface emission rate influence on the detection efficiency. Methodology – A contamination monitor Thermo Mini 900E was tested with reference radiation sources of Carbon – 14 (C-14), Cesium – 137 (Cs-137), Strontium – 90 (Sr-90), Chlorine – 36 (Cl-36) and Americium – 241 (Am-241) with its emission rate traced to the Physikalish Technischen Bundesanstalt (PTB). Sources of Sr-90 and C-14 with two different emission rates for each one and distances of 1 to 20mm were used to study its influence in the detection efficiency. Results – With the increasing of distance, the detection efficiency decreases. The most energetic radiation sources have higher detection efficiency, boasting a 15% decrease over 20mm whereas the sources bearing a smaller efficiency decrease 10%. No influence of the surface emission rate in the detection efficiency was verified. Conclusion – Thus, it is concluded that the detection efficiency of a contamination monitor is dependent of the distance between it and the contamination as well as the type and energy of the radioisotopes present in the contamination.

Diatermia por RF

Diatermia é um tipo de emissão eletromagnética que consta de carga elétrica e magnética. A importância desta energia está em que transforma a radiação eletromagnética em energia térmica devido à resistência dos tecidos. O efeito térmico depende do tamanho e forma do electrodo, tipo de emissão e do nível de energia aplicado. A eletroterapia de Alta Frequência pode definir-se como o uso terapêutico de oscilações eletromagnéticas, com frequências superiores a 300000 Hz. A energia eletromagnética é convertida em energia nos tecidos.

Estudo de viabilidade de uma instalação fotovoltaica num edifício existente

Os objectivos traçados para a realização desta tese são o estudo de viabilidade económica de uma instalação fotovoltaica e apurar qual a melhor solução, para um sistema a instalar num condomínio. Para isso foi contabilizado o custo de investimento de uma solução standard existente no mercado e de uma solução específica para o edifício em estudo, a posteriori foram calculados os indicadores económicos que permitem fazer uma análise de viabilidade de investimento. Para o condomínio, foi determinado o lucro obtido e tempo de retorno de investimento no caso de uma instalação de venda a rede. Foi estabelecido um perfil de consumos e, posteriormente sobreposto ao perfil de radiação horária, no caso de uma instalação autónoma. Da análise dos resultados obtidos podemos concluir que para uma solução existente no mercado do tipo “chave-na-mão” instalada em Lisboa, o tempo de retorno de investimento e de aproximadamente de 7 anos. No caso do condomínio a solução mais viável é a instalação ligada a rede.

Fotodetector e dispositivo WDM integrados

Ao longo deste trabalho é apresentada a caracterização optoelectrónica de uma estrutura semicondutora empilhada de fotodíodos PIN (Positive-Intrinsic-Negative), baseados em silício amorfo hidrogenado (a-Si:H - Hydrogenated Amorphous Silicon) e siliceto de carbono amorfo hi-drogenado (a-SiC:H - Hydrogenated Amorphous Silicon Carbide), em que ambos funcionam como filtros ópticos na zona visível do espectro electromagnético e cuja sensibilidade espectral na região do visível é modulada pelo sinal de tensão eléctrico aplicado e pela presença de polarização óptica adicional (radiação de fundo). Pretende-se utilizar a característica de sensor de cor destes dispositivos semicondutores para realizar a demultiplexagem de sinais ópticos e desenvolver um algoritmo que permita fazer o reco-nhecimento autónomo do sinal transmitido em cada canal, tendo em vista a utilização de vários ca-nais para a transmissão de sinais a curta distância. A transmissão destes sinais deverá ser suportada no meio de transmissão fibra óptica, que constituirá uma importante mais-valia na optimização do sistema WDM (Wavelength Division Mul-tiplexing), permitindo optimizar a transmissão de sinais. Pelas suas capacidades intrínsecas, as fi-bras ópticas de plástico (POF - Plastic Optical Fibers) são uma solução adequada para a transmis-são de sinais no domínio visível do espectro electromagnético a curtas distâncias. Foi realizada uma sucinta caracterização optoelectrónica da estrutura semicondutora sob diferentes condições de iluminação, variando o comprimento de onda e a iluminação de fundo que influencia a resposta espectral do dispositivo semicondutor, variando as cores dos fundos inciden-tes, variando o lado incidente do fundo sobre a estrutura semicondutora, variando a intensidade des-ses mesmos fundos incidentes e também variando a frequência do sinal de dados. Para a transmissão dos sinais de dados foram utilizados três dispositivos LED (Light-Emitting Diode) com as cores vermelho (626nm), verde (525nm) e azul (470nm) a emitir os respec-tivos sinais de dados sobre a estrutura semicondutora e onde foram aplicadas diversas configurações de radiação de fundo incidente, variando as cores dos fundos incidentes, variando o lado incidente do fundo sobre a estrutura semicondutora e variando também a intensidade desses mesmos fundos incidentes. Com base nos resultados obtidos ao longo deste trabalho, foi possível aferir sobre a influên-cia da presença da radiação de fundo aplicada ao dispositivo, usando diferentes sequências de dados transmitidos nos vários canais. Sob polarização inversa, e com a aplicação de um fundo incidente no lado frontal da estrutura semicondutora os valores de fotocorrente gerada são amplificados face aos valores no escuro, sendo que os valores mais altos foram encontrados com a aplicação do fundo de cor violeta, contribuindo para tal, o facto do sinal do canal vermelho e canal verde serem bastan-te amplificados com a aplicação deste fundo. Por outro lado, com a aplicação dos fundos incidentes no lado posterior da estrutura semi-condutora, o sinal gerado não é amplificado com nenhuma cor, no entanto, a aplicação do fundo de cor azul proporciona a distinção do sinal proveniente do canal azul e do canal vermelho, sendo que quando está presente um sinal do canal vermelho, o sinal é fortemente atenuado e com a presença do sinal do canal azul o sinal gerado aproxima-se mais do valor de fotocorrente gerada com a estru-tura no escuro. O algoritmo implementado ao longo deste trabalho, permite efectuar o reconhecimento au-tónomo da informação transmitida por cada canal através da leitura do sinal da fotocorrente forne-cida pelo dispositivo quando sujeito a uma radiação de fundo incidente violeta no lado frontal e uma radiação de fundo incidente azul no lado posterior. Este algoritmo para a descodificação dos sinais WDM utiliza uma aplicação gráfica desenvolvida em Matlab que com base em cálculos e compara-ções de sinal permite determinar a sequência de sinal dos três canais ópticos incidentes. O trabalho proposto nesta tese é um módulo que se enquadra no desenvolvimento de um sistema integrado de comunicação óptica a curta distância, que tem sido alvo de estudo e que resulta das conclusões de trabalhos anteriores, em que este dispositivo e outros de configuração idêntica foram analisados, de forma a explorar a sua utilização na implementação da tecnologia WDM den-tro do domínio do espectro visível e utilizando as POF como meio de transmissão.

Otimização de dose em mamografia

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