Detectores monolíticos y sensores compatibles con altos campos magnéticos para tomografía por emisión de positrones

Esta tesis recoje un trabajo experimental centrado en profundizar sobre el conocimiento de los bloques detectores monolíticos como alternativa a los detectores segmentados para tomografía por emisión de positrones (Positron Emission Tomography, PET). El trabajo llevado a cabo incluye el desarrollo, la caracterización, la puesta a punto y la evaluación de prototipos demostradores PET utilizando bloques monolíticos de ortosilicato de lutecio ytrio dopado con cerio (Cerium-Doped Lutetium Yttrium Orthosilicate, LYSO:Ce) usando sensores compatibles con altos campos magnéticos, tanto fotodiodos de avalancha (Avalanche Photodiodes, APDs) como fotomultiplicadores de silicio (Silicon Photomultipliers, SiPMs). Los prototipos implementados con APDs se construyeron para estudiar la viabilidad de un prototipo PET de alta sensibilidad previamente simulado, denominado BrainPET. En esta memoria se describe y caracteriza la electrónica frontal integrada utilizada en estos prototipos junto con la electrónica de lectura desarrollada específicamente para los mismos. Se muestran los montajes experimentales para la obtención de las imágenes tomográficas PET y para el entrenamiento de los algoritmos de red neuronal utilizados para la estimación de las posiciones de incidencia de los fotones γ sobre la superficie de los bloques monolíticos. Con el prototipo BrainPET se obtuvieron resultados satisfactorios de resolución energética (13 % FWHM), precisión espacial de los bloques monolíticos (~ 2 mm FWHM) y resolución espacial de la imagen PET de 1,5 - 1,7 mm FWHM. Además se demostró una capacidad resolutiva en la imagen PET de ~ 2 mm al adquirir simultáneamente imágenes de fuentes radiactivas separadas a distancias conocidas. Sin embargo, con este prototipo se detectaron también dos limitaciones importantes. En primer lugar, se constató una falta de flexibilidad a la hora de trabajar con un circuito integrado de aplicación específica (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) cuyo diseño electrónico no era propio sino comercial, unido al elevado coste que requieren las modificaciones del diseño de un ASIC con tales características. Por otra parte, la caracterización final de la electrónica integrada del BrainPET mostró una resolución temporal con amplio margen de mejora (~ 13 ns FWHM). Tomando en cuenta estas limitaciones obtenidas con los prototipos BrainPET, junto con la evolución tecnológica hacia matrices de SiPM, el conocimiento adquirido con los bloques monolíticos se trasladó a la nueva tecnología de sensores disponible, los SiPMs. A su vez se inició una nueva estrategia para la electrónica frontal, con el ASIC FlexToT, un ASIC de diseño propio basado en un esquema de medida del tiempo sobre umbral (Time over Threshold, ToT), en donde la duración del pulso de salida es proporcional a la energía depositada. Una de las características más interesantes de este esquema es la posibilidad de manejar directamente señales de pulsos digitales, en lugar de procesar la amplitud de las señales analógicas. Con esta arquitectura electrónica se sustituyen los conversores analógicos digitales (Analog to Digital Converter, ADCs) por conversores de tiempo digitales (Time to Digital Converter, TDCs), pudiendo implementar éstos de forma sencilla en matrices de puertas programmable ‘in situ’ (Field Programmable Gate Array, FPGA), reduciendo con ello el consumo y la complejidad del diseño. Se construyó un nuevo prototipo demostrador FlexToT para validar dicho ASIC para bloques monolíticos o segmentados. Se ha llevado a cabo el diseño y caracterización de la electrónica frontal necesaria para la lectura del ASIC FlexToT, evaluando su linealidad y rango dinámico, el comportamiento frente a ruido así como la no linealidad diferencial obtenida con los TDCs implementados en la FPGA. Además, la electrónica presentada en este trabajo es capaz de trabajar con altas tasas de actividad y de discriminar diferentes centelleadores para aplicaciones phoswich. El ASIC FlexToT proporciona una excelente resolución temporal en coincidencia para los eventos correspondientes con el fotopico de 511 keV (128 ps FWHM), solventando las limitaciones de resolución temporal del prototipo BrainPET. Por otra parte, la resolución energética con bloques monolíticos leidos por ASICs FlexToT proporciona una resolución energética de 15,4 % FWHM a 511 keV. Finalmente, se obtuvieron buenos resultados en la calidad de la imagen PET y en la capacidad resolutiva del demostrador FlexToT, proporcionando resoluciones espaciales en el centro del FoV en torno a 1,4 mm FWHM. ABSTRACT This thesis is focused on the development of experimental activities used to deepen the knowledge of monolithic detector blocks as an alternative to segmented detectors for Positron Emission Tomography (PET). It includes the development, characterization, setting up, running and evaluation of PET demonstrator prototypes with monolithic detector blocks of Cerium-doped Lutetium Yttrium Orthosilicate (LYSO:Ce) using magnetically compatible sensors such as Avalanche Photodiodes (APDs) and Silicon Photomultipliers (SiPMs). The prototypes implemented with APDs were constructed to validate the viability of a high-sensitivity PET prototype that had previously been simulated, denominated BrainPET. This work describes and characterizes the integrated front-end electronics used in these prototypes, as well as the electronic readout system developed especially for them. It shows the experimental set-ups to obtain the tomographic PET images and to train neural networks algorithms used for position estimation of photons impinging on the surface of monolithic blocks. Using the BrainPET prototype, satisfactory energy resolution (13 % FWHM), spatial precision of monolithic blocks (~ 2 mm FWHM) and spatial resolution of the PET image (1.5 – 1.7 mm FWHM) in the center of the Field of View (FoV) were obtained. Moreover, we proved the imaging capabilities of this demonstrator with extended sources, considering the acquisition of two simultaneous sources of 1 mm diameter placed at known distances. However, some important limitations were also detected with the BrainPET prototype. In the first place, it was confirmed that there was a lack of flexibility working with an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) whose electronic design was not own but commercial, along with the high cost required to modify an ASIC design with such features. Furthermore, the final characterization of the BrainPET ASIC showed a timing resolution with room for improvement (~ 13 ns FWHM). Taking into consideration the limitations obtained with the BrainPET prototype, along with the technological evolution in magnetically compatible devices, the knowledge acquired with the monolithic blocks were transferred to the new technology available, the SiPMs. Moreover, we opted for a new strategy in the front-end electronics, the FlexToT ASIC, an own design ASIC based on a Time over Threshold (ToT) scheme. One of the most interesting features underlying a ToT architecture is the encoding of the analog input signal amplitude information into the duration of the output signals, delivering directly digital pulses. The electronic architecture helps substitute the Analog to Digital Converters (ADCs) for Time to Digital Converters (TDCs), and they are easily implemented in Field Programmable Gate Arrays (FPGA), reducing the consumption and the complexity of the design. A new prototype demonstrator based on SiPMs was implemented to validate the FlexToT ASIC for monolithic or segmented blocks. The design and characterization of the necessary front-end electronic to read-out the signals from the ASIC was carried out by evaluating its linearity and dynamic range, its performance with an external noise signal, as well as the differential nonlinearity obtained with the TDCs implemented in the FPGA. Furthermore, the electronic presented in this work is capable of working at high count rates and discriminates different phoswich scintillators. The FlexToT ASIC provides an excellent coincidence time resolution for events that correspond to 511 keV photopeak (128 ps FWHM), resolving the limitations of the poor timing resolution of the BrainPET prototype. Furthermore, the energy resolution with monolithic blocks read by FlexToT ASICs provides an energy resolution of 15.4 % FWHM at 511 keV. Finally, good results were obtained in the quality of the PET image and the resolving power of the FlexToT demonstrator, providing spatial resolutions in the centre of the FoV at about 1.4 mm FWHM.

Contribución al análisis multiescala de señales. Aplicación a imágenes de suelos agrícolas y series financieras

En el campo del análisis multirresolución de señales, bien sean señales unidimensionales o imágenes, la transformada wavelet (u ondícula) es una de las herramientas más atractivas y potentes debido a su capacidad de análisis de las estructuras y singularidades presentes en una señal cuando esta es analizada en distintas escalas. Este trabajo parte de la investigación de cómo la modificación directa de los coeficientes wavelets permite añadir información en forma de marcas de agua a una imagen o también como con las mismas técnicas se pueden realizar esquemas relativamente sencillos de eliminación de ruido en imágenes. Estas aplicaciones son el primer paso para entender qué información capturan los coeficientes wavelet obtenidos mediante las distintas versiones existentes de transformada wavelet Siguiendo la relación entre el módulo de los coeficientes wavelets resultantes en distintas escalas llegamos a poder caracterizar las singularidades presentes en señales o imágenes con aplicaciones prácticas en campos como el análisis de imágenes mamográficas. Esta relación no es más que el primer paso para enlazar la teoría wavelet con el formalismo multifractal, relación definida en primera instancia a partir de la transforma wavelet de módulo máximo. El análisis entre señal, transformada wavelet de módulo máximo e información local de cada coeficiente wavelet da origen a la contribución principal de este trabajo de tesis que consiste en la estimación directa de distintos parámetros multifractales a partir del cálculo de coeficientes derivados de manera local para cada muestra de una señal o pixel de una imagen. La metodología propuesta se aplica en primer lugar a señales de una dimensión de gran complejidad o irregularidad como son las series financieras y específicamente los valores que componen el índice Dow Jones. El resultado permite la cuantificación de la volatilidad o riesgo asociado a cada uno de esas series. En segundo lugar y como principal aplicación de la metodología de análisis multiescala propuesta, el trabajo de investigación se centra en cómo calcular parámetros multifractales en imágenes que reflejan la estructura de suelos agrícolas. Estas imágenes son obtenidas bien aplicando un tinte especial o mediante modernas técnicas de tomografía axial computarizada. En ambos casos, el objetivo es completar la caracterización estadística de la geometría de los flujos preferenciales de agua y otras sustancias, aspectos claves para el correcto tratamiento de suelos agrícolas. Para validar e interpretar cada uno de los algoritmos desarrollados se utilizan señales multifractales sintetizadas y se comparan los resultados obtenidos en las distintas aplicaciones respecto de algoritmos ya consolidados en cada caso.

Espesor macular medido con tomografía de coherencia óptica en ojos pseudoafáquicos con implante amarillo vs. transparente

Objetivo: Evaluar mediante tomografía de coherencia óptica (OCT) las variaciones de espesor macular producidas a lo largo del tiempo en ojos pseudoafáquicos implantados con una lente intraocular (LIO) transparente en comparación con sus respectivos ojos contralarerales implantados con LIO amarilla. Métodos: El espesor macular de 36 ojos de 18 sujetos fue evaluado mediante OCT. Los sujetos presentaban edades superiores a 65 años y habían sido intervenidos de cataratas en ambos ojos en 2 cirugías independientes. La principal característica de los individuos es que llevaban implantada una LIO con diferente absorción en cada ojo: transparente (absorbente de la radiación ultravioleta) y amarilla (con filtro adicional absorbente de las radiaciones violeta-azul del espectro visible). El espesor macular se evaluó en 2 sesiones separadas en el tiempo por un intervalo de tiempo de 5 años, mediante el sistema Stratus-OCT (protocolo fast macular thickness). Se analizaron estadísticamente las diferencias en la evolución del espesor macular entre ojos con diferente tipo de LIO. Resultados: Tras 5 años de seguimiento, se observó que los ojos implantados con LIO transparente manifestaban una reducción del espesor macular estadísticamente significativa, superior a la esperada por el aumento de la edad. Sin embargo, los ojos implantados con LIOs amarillas mantuvieron su espesor macular estable. La disminución del espesor macular promedio en ojos implantados con LIO transparente fue de 5 ± 8 μm (p = 0,02) y la reducción del espesor foveal fue de 10 ± 17 μm (p = 0,02). Conclusiones: Los cambios de espesor macular producidos en ojos implantados con una LIO amarilla difieren de los cambios manifestados en ojos con LIO transparente. Estas observaciones apuntan a un posible efecto protector de las LIOs amarillas contra los efectos dañinos de la luz en sujetos pseudoafáquicos. Sin embargo, estudios con un mayor tamaño muestral y mayor tiempo de seguimiento son necesarios para confirmar que la protección inducida por este tipo de LIO es clínicamente significativa.

Pseudogota tofacea de articulación temporomandibular: reporte de un caso

La pseudogota tofacea es una enfermedad articular que generalmente aparece en rodillas, caracterizada por el depósito de cristales de pirofosfato de calcio en el cartílago articular o fibrocartílago. Se presenta el caso de una mujer de 62 años con aumento de volumen a nivel de articulación temporomandibular derecha, de 2 años de evolución. En la tomografía axial computarizada se observó una gran masa de radioopacidad mixta que rodea la cabeza del cóndilo. Se realizó la exéresis total de la lesión. Con el estudio histopatológico y antecedentes clínicos se obtiene el diagnóstico de pseudogota tofacea. La paciente se encuentra 2 años después de la cirugía en buenas condiciones y sin signos de recidiva. La baja incidencia de esta enfermedad y su rara localización en la articulación temporomandibular pueden hacer difícil el diagnóstico, por lo que estudios específicos se requieren para dar un diagnóstico acertado.

Rendimiento diagnóstico de la tomografía de cráneo en pacientes con delirium

RESUMEN Objetivos: Determinar el rendimiento de la tomografía axial computada de cráneo en el diagnóstico etiológico de delirium y qué factores son predictores de causa intracraneana del mismo. Material y métodos: Estudio transversal, observacional. Criterios de inclusión: pacientes con diagnóstico de delirium a los cuales se les haya realizado una Tomografía de cráneo como parte de la valoración etiológica. Criterios de exclusión: factores que imposibiliten la entrevista. Como herramienta diagnóstica se utilizó el CAM (Confusion Assesment Method). Resultados: Se incluyeron en el estudio 114 pacientes. La tomografía confirmó la causa de delirium en 18,4 % de los casos. Las variables que se asociaron con tomografía alterada fueron déficit focal neurológico y antecedentes de Trauma de cráneo. En 2.6% de los pacientes la tomografía confirmó una causa intracraneana de delirium a pesar de no tener signos focales neurológicos ni antecedente de traumatismo de cráneo. Conclusiones: La tomografía de cráneo es una herramienta de gran valor, pero no debería realizarse de urgencia, en forma rutinaria, en todos los pacientes con delirium. La tomografía debe indicarse de urgencia cuando existe antecedente de traumatismo de cráneo, hallazgo de signos focales neurológicos al examen o no se encuentra un factor precipitante. En los pacientes ancianos y/o con deterioro cognitivo previo debe tenerse presente que los factores precipitantes de delirium más frecuentes son extra-craneanos.

Plan de comercialización para el servicio de imagénes diagnósticas del Hospital Nacional Dr. Juan José Fernández, Zacamil.

Actualmente el Hospital Nacional “Dr. Juan José Fernández” Zacamil, cuenta con un departamento de Imágenes Diagnósticas que posee las secciones radiología, Ultrasonografía y Estudios Especiales. Dentro de la sección de Estudios Especiales está ubicado un equipo de Tomografía Axial Computarizada el cual se encuentra preinstalado, este servicio no está posicionado en el mercado de Tomografías. Actualmente ninguno de los Hospitales Nacionales del País brinda el servicio de Tomografía Axial Computarizada, por lo tanto se consideró de gran importancia realizar una investigación para determinar la situación actual del Hospital Nacional Zacamil con el objetivo de proporcionar a las Autoridades de dicho Hospital herramientas que oriente a posicionar y penetrar el servicio de tomografía. Por lo tanto se recopilo la información necesaria a través de dos herramientas: 2 cuestionarios, uno dirigido a los oferentes del servicio de Tomografía y el otro a los demandantes; y la entrevista que se le hizo al Director del Hospital, donde se le pregunto sobre todo lo relacionado con la parte interna del Hospital. Para los efectos de este estudio el tipo de investigación fue el descriptivo, ya que se buscó describir y especificar los elementos, propiedades, características de la competencia y los demandantes del servicio, factores internos y externos que afectan al Hospital. Una vez seleccionados los datos se tabularon y analizaron con el propósito de elaborar un diagnóstico específico sobre la situación actual del Hospital; con base a esto se formularon las conclusiones con sus respectivas recomendaciones, de las cuales se pueden mencionar las más importantes: El Hospital no cuenta con un Plan de Comercialización que permita posicionar y penetrar en el mercado. Existe demanda de pacientes que requieren el servicio de Tomografía. En el país el Hospital Zacamil sería el único Hospital Nacional en brindar este servicio. Establecer nuevos convenios de Salud con otras entidades públicas o privadas, a los que el hospital les brinde el servicio de Tomografía Axial Computarizada. Finalmente se desarrolló la propuesta del Plan de Comercialización para el Servicio de Imágenes diagnósticas, considerando para ello el establecimiento de estrategias del producto, precio, plaza y promoción.

Manual pedagógico de queratometría y refracción convencional y computarizada (equipo huvitz hrk 7000)

Tesis (Optometra). -- Universidad de La Salle, Facultad de Ciencias de La Salud. Programa de Optometria, 2015

Índice acumulativo de riesgo (nice) como prueba diagnóstica con base en tomografía corneal por elevación en la prevención de ectasia corneal post-lasik

Antecedentes La ectasia corneal post-lasik (ECPL) es una complicación infrecuente, pero devastadora en la cirugía lasik (queratomileusis asistida con éxcimer láser) para el tratamiento de la miopía con o sin astigmatismo. Con base en la tomografía corneal por elevación por imágenes de Scheimpflug (Sistema Pentacam HR, Oculus Wetzlar, Alemania), se propone un novedoso índice acumulativo de riesgo para ser utilizado como prueba diagnóstica de tamizaje y así prevenir esta complicación. Metodología Se realizó un estudio observacional analítico, de corte transversal tipo pruebas diagnósticas, con el fin de evaluar las características operativas del índice NICE teniendo como estándar de referencia el módulo de Belin-Ambrosio (Pentacam HR) utilizando un modelo de regresión logística binaria, tablas de contingencia y estimando el área bajo la curva ROC. Resultados Se evaluaron 361 ojos de los cuales el 59,3% provenían de pacientes de sexo femenino, la edad media global fue de 30 años (RIC 11,0). El modelo logístico binario aplicado se construyó con base en cuatro variables independientes cuantitativas (K2, PAQUI, EP e I-S) y una cualitativa (SEXO), y se determinó su relación con la variable dependiente, NICE (puntaje final). Las variables predictoras fueron estadísticamente significativas clasificando adecuadamente el 92,9% de los ojos evaluados según presencia o ausencia de riesgo. El coeficiente de Nagelkerke fue de 74,4%. Conclusiones El índice acumulativo de riesgo NICE es una herramienta diagnóstica novedosa en la evaluación de candidatos a cirugía refractiva lasik para prevenir la ectasia secundaria.

Dosimetria das exposições em imagiologia clínica

A importância da radiação ionizante na prática médica, nãoo só como diagnóstico mas também como terapia, ganhou, no último meio século, uma importância fulcral. Devido aos efeitos secundários da radiação ao ser humano, torna-se fundamental definir regras para aumentar a segurança de todos os seus utilizadores, surgindo assim a radioprotecção. Nesse sentido a Comunidade Europeia da Energia Atómica (EURATOM) define directrizes para os países membros da Comunidade Europeia de forma a poder orientá-los nesse processo. Torna-se assim importante registar e monitorizar os valores de dose de radiação num exame radiológico para o aumento de segurança dos pacientes e técnicos. O presente trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina anual Dissertação/Projecto/ Estágio Profissional do Mestrado em Computação e Instrumentação Médica teve como objectivo registar esses valores através da comunicação com medidores de doses. A luz do dia-a-dia da Dr. Campos Costa - Consultório de Tomogra a Computarizada S.A, é apresentada nesta tese uma aplicação computacional capaz de obter os valores de dose de um estudo radiológico a um paciente e guardá-los numa base de dados projectada exclusivamente para esse fim. Os resultados obtidos são animadores uma vez que provam ser possível automatizar a monitorização desses valores através de aplicações com ferramentas capazes de auxiliar os responsáveis por essa monitorização em qualquer centro clínico.

Limitaciones de la tomografia axial computada en la localizacion de quistes hidatidicos abdominales en pacientes con confirmacion inmunodiagnostica

Se describe el aporte de la prueba de doble disfusión arco 5 (DD5) al diagnóstico de la hidatidosis en dos pacientes con operaciones previas. En una de ellas, asintomática, la reacción positiva a los cinco años de su última intervención quirúrgica por hidatidosis, permitió diagnosticar la presencia de quistes cuya localización abdominal fue establecida por la tomografía axial computada (TAC). En el otro caso, sintomático, aunque operado de hidatidosis nueve años antes, la positividad a la DD5 confirmó la etiología de la enfermedad que se había sospechado por centellografía, TAC y su historia clínica. En ambos casos, sin embargo, se hallaron en el acto quirúrgico otros quistes abdominales cuyas imágenes no habían sido reveladas en los estudios a los que se las había sometido.

Valor de la PET FDG en la estadificación mediastínica del carcinoma pulmonar no microcítico

La tomografia per emissió de positrons amb 18fluorodesoxiglucosa (PET-FDG) s'ha implantat com a tècnica d'estudi i estadificació d'elecció als pacients amb diagnòstic de carcinoma pulmonar no microcrític (CPNM) susceptibles de tractament quirúrgic. Mètodes: Per valorar l'eficàcia de la PET FDG realitzem un estudi retrospectiu incloent els pacients intervinguts al nostre centre entre setembre del 2007 i abril del 2009. Resultats: La PET-FDG va mostrar una sensibilitat i especificitat de 56% i 75% respectivament. Conclusions: El rendiment diagnòstic de la PET-FDG a la població estudiada ha estat baix. Aquest resultat pot estar condicionat per una mostra poc representativa.

Relación entre parámetros analíticos, parámetros tomográficos y edema macular en pacientes diabéticos tipo 2 no insulino dependientes

En el present treball es vol avaluar la relació que existeix entre l’edema macular diabètic, les troballes per tomografia de coherència òptica i diferents paràmetres de laboratori e insulino resistència en una sèrie de pacients amb diabetis mellitus tipus 2 no insulino dependents del nostre medi. Es realitza un estudi analític transversal observacional en pacients visitats en el centre d’Atenció Primària d’Horta i en el Servei d’Oftalmologia de l’Hospital Universitari Vall d’Hebrón visitats des de Febrer de l’any 2010 fins a Març de l’any 2011.