Comparison of different breast planning techniques and algorithms for radiation therapy treatment

This work aims at investigating the impact of treating breast cancer using different radiation therapy (RT) techniques – forwardly-planned intensity-modulated, f-IMRT, inversely-planned IMRT and dynamic conformal arc (DCART) RT – and their effects on the whole-breast irradiation and in the undesirable irradiation of the surrounding healthy tissues. Two algorithms of iPlan BrainLAB treatment planning system were compared: Pencil Beam Convolution (PBC) and commercial Monte Carlo (iMC). Seven left-sided breast patients submitted to breast-conserving surgery were enrolled in the study. For each patient, four RT techniques – f-IMRT, IMRT using 2-fields and 5-fields (IMRT2 and IMRT5, respectively) and DCART – were applied. The dose distributions in the planned target volume (PTV) and the dose to the organs at risk (OAR) were compared analyzing dose–volume histograms; further statistical analysis was performed using IBM SPSS v20 software. For PBC, all techniques provided adequate coverage of the PTV. However, statistically significant dose differences were observed between the techniques, in the PTV, OAR and also in the pattern of dose distribution spreading into normal tissues. IMRT5 and DCART spread low doses into greater volumes of normal tissue, right breast, right lung and heart than tangential techniques. However, IMRT5 plans improved distributions for the PTV, exhibiting better conformity and homogeneity in target and reduced high dose percentages in ipsilateral OAR. DCART did not present advantages over any of the techniques investigated. Differences were also found comparing the calculation algorithms: PBC estimated higher doses for the PTV, ipsilateral lung and heart than the iMC algorithm predicted.

Visualização e manipulação de informação em ambientes 3D imersivos

Ainda antes da invenção da escrita, o desenho foi utilizado para descrever a realidade, tendo evoluído ao longo dos tempos, ganhando mais qualidade e pormenor e recorrendo a suportes cada vez mais evoluídos que permitissem a perpetuação dessa imagem: dessa informação. Desde as pinturas rupestres, nas paredes de grutas paleolíticas, passando pelos hieróglifos, nos templos egípcios, nas gravuras das escrituras antigas e nos quadros sobre tela, a intenção sempre foi a de transmitir a informação da forma mais directa e perceptível por qualquer indivíduo. Nos dias de hoje as novas tecnologias permitem aceder à informação com uma facilidade nunca antes vista ou imaginada, estando certamente ainda por descobrir outras formas de registar e perpetuar a informação para as gerações vindouras. A fotografia está na origem das grandes evoluções da imagem, permitindo capturar o momento, tornando-o “eterno”. Hoje em dia, na era da imagem digital, além de se mostrar a realidade, é possível incorporar na imagem informação adicional, de modo a enriquecer a experiência de visualização e a maximizar a aquisição do conhecimento. As possibilidades da visualização em três dimensões (3D) vieram dar o realismo que faltava ao formato de fotografia original. O 3D permite a imersão do espectador no ambiente que, a própria imagem retrata, à qual se pode ainda adicionar informação escrita ou até sensorial como, por exemplo, o som. Esta imersão num ambiente tridimensional permite ao utilizador interagir com a própria imagem através da navegação e exploração de detalhes, usando ferramentas como o zoom ou ligações incorporados na imagem. A internet é o local onde, hoje em dia, já se disponibilizam estes ambientes imersivos, tornando esta experiência muita mais acessível a qualquer pessoa. Há poucos anos ainda, esta prática só era possível mediante o recurso a dispositivos especificamente construídos para o efeito e que, por isso, apenas estavam disponíveis a grupos restritos de utilizadores. Esta dissertação visa identificar as características de um ambiente 3D imersivo e as técnicas existentes e possíveis de serem usadas para maximizar a experiência de visualização. Apresentar-se-ão algumas aplicações destes ambientes e sua utilidade no nosso dia-a-dia, antevendo as tendências futuras de evolução nesta área. Serão apresentados exemplos de ferramentas para a composição e produção destes ambientes e serão construídos alguns modelos ilustrativos destas técnicas, como forma de avaliar o esforço de desenvolvimento e o resultado obtido, comparativamente com formas mais convencionais de transmitir e armazenar a informação. Para uma avaliação mais objectiva, submeteram-se os modelos produzidos à apreciação de diversos utilizadores, a partir da qual foram elaboradas as conclusões finais deste trabalho relativamente às potencialidades de utilização de ambientes 3D imersivos e suas mais diversas aplicações.

10 kVp rule – An anthropomorphic pelvis phantom imaging study using a CR system: impact on image quality and effective dose using AEC and manual mode

Purpose - This study aims to investigate the influence of tube potential (kVp) variation in relation to perceptual image quality and effective dose (E) for pelvis using automatic exposure control (AEC) and non-AEC in a Computed Radiography (CR) system. Methods and materials - To determine the effects of using AEC and non-AEC by applying the 10 kVp rule in two experiments using an anthropomorphic pelvis phantom. Images were acquired using 10 kVp increments (60–120 kVp) for both experiments. The first experiment, based on seven AEC combinations, produced 49 images. The mean mAs from each kVp increment were used as a baseline for the second experiment producing 35 images. A total of 84 images were produced and a panel of 5 experienced observers participated for the image scoring using the two alternative forced choice (2AFC) visual grading software. PCXMC software was used to estimate E. Results - A decrease in perceptual image quality as the kVp increases was observed both in non-AEC and AEC experiments, however no significant statistical differences (p > 0.05) were found. Image quality scores from all observers at 10 kVp increments for all mAs values using non-AEC mode demonstrates a better score up to 90 kVp. E results show a statistically significant decrease (p = 0.000) on the 75th quartile from 0.37 mSv at 60 kVp to 0.13 mSv at 120 kVp when applying the 10 kVp rule in non-AEC mode. Conclusion - Using the 10 kVp rule, no significant reduction in perceptual image quality is observed when increasing kVp whilst a marked and significant E reduction is observed.

STIR, SPIR and SPAIR techniques in magnetic resonance of the breast: a comparative study

The amount of fat is a component that complicates the clinical evaluation and the differential diagnostic between benign and malign lesions in the breast MRI examinations. To overcome this problem, an effective erasing of the fat signal over the images acquisition process, is essentials. This study aims to compare three fat suppression techniques (STIR, SPIR, SPAIR) in the MR images of the breast and to evaluate the best image quality regarding its clinical usefulness. To mimic breast women, a breast phantom was constructed. First the exterior contour and, in second time, its content which was selected based on 7 samples with different components. Finally it was undergone to a MRI breast protocol with the three different fat saturation techniques. The examinations were performed on a 1.5 T MRI system (Philips®). A group of 5 experts evaluated 9 sequences, 3 of each with fat suppression techniques, in which the frequency offset and TI (Inversion Time) were the variables changed. This qualitative image analysis was performed according 4 parameters (saturation uniformity, saturation efficacy, detail of the anatomical structures and differentiation between the fibroglandular and adipose tissue), using a five-point Likert scale. The statistics analysis showed that anyone of the fat suppression techniques demonstrated significant differences compared to the others with (p > 0.05) and regarding each parameter independently. By Fleiss’ kappa coefficient there was a good agreement among observers P(e) = 0.68. When comparing STIR, SPIR and SPAIR techniques it was confirmed that all of them have advantages in the study of the breast MRI. For the studied parameters, the results through the Friedman Test showed that there are similar advantages applying anyone of these techniques.

Hélices e Espirais em Micro e Nanofibras Celulósicas

A celulose é o polímero renovável mais abundante do mundo. É conhecido pela sua excelente biocompatibilidade, propriedades térmicas e mecânicas. A celulose assim como os polipéptideos e o ADN, pertence a uma família de moléculas orgânicas que dão origem à formação de fases líquidas cristalinas (LCs) colestéricas. A Passiflora Edulis, tal como outras plantas trepadeiras, possui longas e flexíveis gavinhas que permitem à planta encontrar um suporte para se fixar. As gavinhas podem assumir a forma de espirais ou de hélices consoante sejam sustentadas por apenas uma ou por ambas as extremidades. As hélices apresentam muitas vezes duas porções helicoidais, uma esquerda e outra direita, separadas por um segmento recto denominado perversão. Este comportamento é consequência da curvatura intrínseca das gavinhas produzidas pela planta trepadeira. O mesmo comportamento pode ser observado em micro e nanofibras celulósicas fabricadas a partir de soluções líquido-cristalinas, numa escala três a quatro ordens de grandeza inferior à das gavinhas. Este facto sugere que o modelo físico utilizado tenha invariância de escala. Neste trabalho é feito o estudo de fibras e jactos que imitam as estruturas helicoidais apresentadas pelas gavinhas das plantas trepadeiras. As fibras e jactos são produzidos a partir de soluções líquidas cristalinas celulósicas. De modo a determinar as características morfológicas e estruturais, que contribuem para a curvatura das fibras, foram utilizadas técnicas de imagem por ressonância magnética (MRI), microscopia óptica com luz polarisada (MOP), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e microscopia de força atómica (AFM) . A variação da forma das estruturas helicoidais com a temperatura parece ser relevante para o fabrico de membranas não tecidas para aplicação em sensores termo-mecânicos.

Análise quantitativa da saturação de gordura em ressonância magnética mamária: comparação das técnicas SPAIR e DIXON

Introdução – A ressonância magnética (RM) mamária com injeção de contraste é uma ferramenta indispensável para a caracterização de lesões mamárias. Para tal, é fulcral uma boa capacidade de saturação de gordura de forma a delimitar as lesões observadas. Este trabalho tem como objetivo analisar quantitativa e qualitativamente as técnicas de saturação de gordura em RM mamária, nomeadamente as técnicas SPAIR e Dixon. Metodologia – Utilizou-se um equipamento de RM de 1,5T com bobina específica para a mama. Aplicou-se, durante o exame, uma sequência adicional em que a técnica de saturação de gordura utilizada foi a Dixon. Posteriormente foram analisadas as imagens obtidas com as técnicas SPAIR e Dixon e colocadas regiões de interesse (ROI) na lesão, na glândula mamária, no tecido adiposo e no ar. Estes valores de sinal obtidos foram registados e calcularam-se as relações sinal-ruído (SNR), contraste-ruído (CNR) e uniformidade de saturação de gordura para as mesmas estruturas a analisar e nas distintas sequências. Resultados – Verificou-se que a técnica de supressão de gordura Dixon apresenta resultados quantitativos e qualitativos superiores à técnica SPAIR. Conclusões – Recomenda-se a utilização da técnica Dixon para saturação de gordura nas sequências de estudo dinâmico com agente de contraste, especificamente nos estudos de RM mamária.

Morfometria do trato vocal por ressonância magnética: simulação de padrões patológicos articulatórios

Introdução – A análise da forma ou morfometria de estruturas anatómicas, como o trato vocal, pode ser efetuada a partir de imagens bidimensionais (2D) como de aquisições volumétricas (3D) de ressonância magnética (RM). Esta técnica de imagem tem vindo a ter uma utilização crescente no estudo da produção da fala. Objetivos – Demonstrar como pode ser efetuada a morfometria do trato vocal a partir da imagem por ressonância magnética e ainda apresentar padrões anatómicos normais durante a produção das vogais [i a u] e dois padrões articulatórios patológicos em contexto simulado. Métodos – As imagens consideradas foram recolhidas a partir de aquisições 2D (Turbo Spin-eco) e 3D (Flash Gradiente-Eco) de RM em quatro sujeitos durante a produção das vogais em estudo; adicionalmente procedeu-se à avaliação de duas perturbações articulatórias usando o mesmo protocolo de RM. A morfometria do trato vocal foi extraída com recurso a técnicas manuais (para extração de cinco medidas articulatórias) e automáticas (para determinação de volumes) de processamento e análise de imagem. Resultados – Foi possível analisar todo o trato vocal, incluindo a posição e a forma dos articuladores, tendo por base cinco medidas descritivas do posicionamento destes órgãos durante a produção das vogais. A determinação destas medições permitiu identificar quais as estratégias mais comummente adotadas na produção de cada som, nomeadamente a postura articulatória e a variação de cada medida para cada um dos sujeitos em estudo. No contexto de voz falada intersujeitos, foi notória a variabilidade nos volumes estimados do trato vocal para cada som e, em especial, o aumento do volume do trato vocal na perturbação articulatória de sigmatismo. Conclusão – A imagem por RM é, sem dúvida, uma técnica promissora no estudo da fala, inócua, não-invasiva e que fornece informação fiável da morfometria do trato vocal.

Three-dimensional modeling of tongue during speech using MRI data

The tongue is the most important and dynamic articulator for speech formation, because of its anatomic aspects (particularly, the large volume of this muscular organ comparatively to the surrounding organs of the vocal tract) and also due to the wide range of movements and flexibility that are involved. In speech communication research, a variety of techniques have been used for measuring the three-dimensional vocal tract shapes. More recently, magnetic resonance imaging (MRI) becomes common; mainly, because this technique allows the collection of a set of static and dynamic images that can represent the entire vocal tract along any orientation. Over the years, different anatomical organs of the vocal tract have been modelled; namely, 2D and 3D tongue models, using parametric or statistical modelling procedures. Our aims are to present and describe some 3D reconstructed models from MRI data, for one subject uttering sustained articulations of some typical Portuguese sounds. Thus, we present a 3D database of the tongue obtained by stack combinations with the subject articulating Portuguese vowels. This 3D knowledge of the speech organs could be very important; especially, for clinical purposes (for example, for the assessment of articulatory impairments followed by tongue surgery in speech rehabilitation), and also for a better understanding of acoustic theory in speech formation.

Learner’s satisfaction within a breast imaging eLearning course for radiographers

Background: An asynchronous eLearning system was developed for radiographers in order to promote a better knowledge about senology and mammography. Objectives: to assess the learners’ satisfaction. Methods: Target population included radiographers and radiogr aphy students, in order to assess eLearning satisfaction according to different experience levels in breast imaging. Satisfaction was measured through a questionnaire developed especially for eLearning systems, using a seven - point Likert scale. Main topics related are content, interface, personalization and learning community. Results: Overall, 85% of learners were satisfied with the course and 87,5% considered that the course is successful. Main areas that were evaluated by most learners in a positive way were interface and content (between six and seven - point); on the other hand, learning community presented a wider distribution of answers . Conclusions: The course provides an overall high degree of learner satisfaction, thus providing more effective knowle dge gain on breast imaging for radiographers.

Increasing source to image distance for AP pelvis imaging: impact on radiation dose and image quality

Aim - A quantative primary study to determine whether increasing source to image distance (SID), with and without the use of automatic exposure control (AEC) for antero-posterior (AP) pelvis imaging, reduces dose whilst still producing an image of diagnostic quality. Methods - Using a computed radiography (CR) system, an anthropomorphic pelvic phantom was positioned for an AP examination using the table bucky. SID was initially set at 110 cm, with tube potential set at a constant 75 kVp, with two outer chambers selected and a fine focal spot of 0.6 mm. SID was then varied from 90 cm to 140 cm with two exposures made at each 5 cm interval, one using the AEC and another with a constant 16 mAs derived from the initial exposure. Effective dose (E) and entrance surface dose (ESD) were calculated for each acquisition. Seven experienced observers blindly graded image quality using a 5-point Likert scale and 2 Alternative Forced Choice software. Signal-to-Noise Ratio (SNR) was calculated for comparison. For each acquisition, femoral head diameter was also measured for magnification indication. Results - Results demonstrated that when increasing SID from 110 cm to 140 cm, both E and ESD reduced by 3.7% and 17.3% respectively when using AEC and 50.13% and 41.79% respectively, when the constant mAs was used. No significant statistical (T-test) difference (p = 0.967) between image quality was detected when increasing SID, with an intra-observer correlation of 0.77 (95% confidence level). SNR reduced slightly for both AEC (38%) and no AEC (36%) with increasing SID. Conclusion - For CR, increasing SID significantly reduces both E and ESD for AP pelvis imaging without adversely affecting image quality.

Determination of free furfuryl alcohol in foundry resins by chromatographic techniques

Two chromatographic methods, gas chromatography with flow ionization detection (GC–FID) and liquid chromatography with ultraviolet detection (LC–UV), were used to determine furfuryl alcohol in several kinds of foundry resins, after application of an optimised extraction procedure. The GC method developed gave feasibility that did not depend on resin kind. Analysis by LC was suitable just for furanic resins. The presence of interference in the phenolic resins did not allow an appropriate quantification by LC. Both methods gave accurate and precise results. Recoveries were >94%; relative standard deviations were ≤7 and ≤0.3%, respectively for GC and LC methods. Good relative deviations between the two methods were found (≤3%).