Medição dos níveis de referência de diagnóstico em tomografia computorizada para exames do abdómen

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Medição dos níveis de referência de diagnóstico em tomografia computorizada para exames de cabeça e pescoço

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Medição e cálculo, utilizando simulações Monte Carlo, das doses em exames de tomografia computorizada

Tese Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica

Optimização de análise de imagens para controlo de qualidade em imagem médica

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Reconstrução de Imagem em SPECT utilizando um colimador convergente e detectores de imagem pixelizados

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Equipamentos hospitalares de diagnóstico por imagem, seu estudo, projeto e implementação

Neste trabalho foi desenvolvido um estudo detalhado dos equipamentos de imagiologia médica, que recorrem ao uso de radiação-X, bem como da ressonância magnética. No seguimento deste estudo foram realizadas diversas atividades com equipamentos reais, desde instalações, reparações, manutenções, até ao seu desmantelamento. Este tipo de atividade permitiu ter uma melhor perceção do funcionamento de cada equipamento e o tipo de trabalho que é realizado por um engenheiro eletrotécnico na PHILIPS no sector healthcare. Durante estas atividades foi possível fazer um estudo da qualidade de imagem, em termos de fatores geométricos, em que foi estudada a distorção, a ampliação e a penumbra de uma imagem. Todos estes parâmetros foram alvos de estudo de forma a poder obter imagens com grande qualidade, mas sem que seja comprometida a saúde do doente, devido à elevada exposição de radiação que corpo humano pode absorver. Este estudo tem como intuito perceber como é que a variação de certos parâmetros irá alterar a qualidade da imagem. Desta forma pretende-se perceber como podem ser calibrados os equipamentos de diagnóstico por imagem, para que o técnico de diagnóstico e terapêutica apenas tenha de indicar qual a parte do corpo humano a radiografar, sendo que a máquina se coloca automaticamente nos parâmetros pré-definidos sem qualquer intervenção humana.

Risco da Exposição à Radiação Ionizante Durante Procedimentos Endovasculares

Objectivos: Com a generalização dos procedimentos endovasculares, cresce a preocupação com os efeitos deletérios que a execução continuada de tais procedimentos radiológicos acarreta. Com este trabalho pretendeu-se avaliar e quantificar a distribuição pela equipa cirúrgica da exposição à radiação dispersa, emitida por um aparelho portátil de radioscopia com arco cirúrgico (arco em C), durante a utilização em bloco operatório. Material e métodos: O registo e avaliação da dose de radiação foram efectuados em sala do bloco operatório reproduzindo as condições habituais em que decorrem os procedimentos endovasculares. Para a simulação geométrica do tórax do doente foi utilizado um fantoma cilíndrico de polimetilmetacrilato (PMMA) com 15 cm de espessura. A radiação dispersa foi medida para o local do cirurgião, ajudante, anestesista e enfermeira instrumentista, através de um monitor de radiação portátil RaySafe Xi Survey Detector, tendo sido ajustada a medição para a avaliação da taxa de dose de exposição à radiação em mGy/s a diversas alturas do solo e distâncias do doente. Utilizou-se ainda o detetor RaySafe Xi R/F para a medição da taxa de dose de exposição na superfície de entrada da pele do doente. As medições foram efectuadas em modo de fl uoroscopia pulsada de 4 quadros por segundo (qps), subtração digital e roadmap, com a combinação dos três modos de magnifi cação electrónica disponíveis (Mag1, Mag2 e Mag3). Em todos os casos foi considerada a Dose 3, o nível de dose máxima do aparelho que fornece a melhor qualidade de imagem através do controlo automático em tempo real do contraste e do brilho. Resultados: A análise dos dados permitiu determinar a distribuição da radiação dispersa pela equipa assistente, constatando-se como nível máximo de exposição, a altura ao solo de 120 cm no modo de subtracção digital e roadmap. A este nível, a intensidade da radiação dispersa em relação à taxa de dose de exposição na superfície de entrada da pele do doente é distribuída em 0,47% pelo cirurgião, 0,21% pelo anestesista, 0,32% pelo ajudante e 0,13% pela enfermeira instrumentista. A utilização de subtração digital e roadmap aumentou o nível de radiação cerca de 5 vezes em relação à fluoroscopia pulsada a 4 qps, tanto na taxa de dose de exposição na superfície de entrada da pele do doente como na radiação dispersa pela equipa. Quando utilizados os meios de proteção radiológica os níveis de radiação foram consideravelmente inferiores. Conclusões: Atendendo à dispersão prevista da radiação determinou-se que a proximidade da ampola aumenta a quantidade de radiação dispersa que atinge o corpo. Quando utilizado o equipamento de proteção individual, os níveis de radiação dispersa são consideravelmente menores e permitem doses acumuladas abaixo dos limites aceitáveis.

Mapeamento do perfil metabólico cerebral em indivíduos normais e com patologias do sistema nervoso central

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Simulações Monte Carlo da redução da dose no cristalino e na tiroide em exames de tomografia computorizada utilizando proteções de bismuto

A presente dissertação foi desenvolvida com colaboração do Campus Tecnológico e Nuclear e do Hospital de São José

Past/present and future worries: na fMRI study

For the past decade, numerous imaging techniques gave rise to remarka-ble progresses in the understanding of brain’s structure and function. Amongst the wide variety of studies onto the field of neuroscience, neuropsychiatric re-searches with resource to neuroimaging have attracted increasing attention. The present study will focus on the identification of brain areas recruited while normative subjects read sentences related to past/present or future wor-ries. Our main aim was to accurately characterize these brain areas while providing them with a time-stamp that would hopefully help us understand the implications of past/present memories and future envisioning in worrying episodes. With that purpose, functional magnetic resonance imaging data was collected from ten healthy individuals. The obtained data was processed and statistically treated using the General Linear Model and both Fixed and Ran-dom Effects Analysis for group-level results. Thereafter, a Multi-Voxel Pattern Analysis with Searchlight Mapping was performed in order to find patterns of activation that allow differentiation between conditions. The obtained results indicate higher brain activation while reading sen-tences related to past/present worries when compared to future worry or neu-tral sentences. The main areas include frontal cortex, posterior parietal, occipital and temporal areas. Worrying, per se, was characterized by activation of the medial posterior parietal cortex, left posterior occipital lobe and left central temporal lobe. With the searchlight mapping approach we were able to further identify patterns of distinction between conditions, which were located in the parietal, limbic and frontal lobes.

Exposição a radiações ionizantes em cirurgia ortopédica num hospital público de Lisboa.

RESUMO - A monitorização individual dos trabalhadores (dosimetria individual) é obrigatória (Decreto Regulamentar n.o 9/90, de 19 de Abril) para os profissionais de saúde que desempenham funções com risco de exposição à radiação X, quando classificados como categoria A. Apesar disso, a exposição a radiações ionizantes é frequentemente pouco, ou mesmo nada, valorizada pelos profissionais de saúde. O presente estudo, realizado no contexto de intervenções cirúrgicas de ortopedia, teve por objectivos: • avaliar a dose de radiação em diferentes zonas durante as cirurgias ortopédicas; • estimar a dose de exposição a radiações ionizantes dos profissionais de saúde, em função das suas posições, predominantemente adoptadas durante o acto cirúrgico; • sensibilizar os profissionais de saúde para a utilização correcta da dosimetria individual e para a adopção das medidas de protecção radiológica. A avaliação do risco foi efectuada através de: 1) medições preliminares com recurso a um fantoma colocado a 50 cm e a 100 cm do eixo central do feixe de radiação e em direcções de 45°, 90° e 135°; 2) medições durante uma cirurgia ortopédica em «localizações » correspondentes às gónadas, ao cristalino e às mãos dos profissionais de saúde intervenientes na cirurgia (ortopedistas, enfermeiros instrumentistas); 3) medições ao nível do topo da mesa (posição do anestesista) e ao nível do comando do equipamento emissor de raios X (técnico de radiologia); 4) determinação do tempo de utilização dos raios X durante as cirurgias ortopédicas; 5) cálculo da estimativa do número anual de cirurgias ortopédicas realizadas, com base nos registos existentes. Assumindo a não utilização de aventais plúmbeos os valores máximos medidos foram de 2,5 mSv/h (ao nível das gónadas), de 0,6 mSv/h ao nível do cristalino e de 1 mSv/ h ao nível das mãos dos ortopedistas e dos enfermeiros instrumentistas (que se situavam próximo do feixe de raios X, a 50 cm do feixe de radiação). A estimativa de exposição anual (dose equivalente) para os profissionais que operam junto ao feixe de radiação X foi de: • Ortopedistas — 20,63 a 68,75 mSv (gónadas), 4,95 a 16,50 mSv (cristalino) e 8,25 a 27,50 mSv (mãos); • Enfermeiros instrumentistas — 130,63 a 151,25 mSv (gónadas), 31,35 a 36,30 mSv (cristalino) e 52,25 a Os profissionais que ocupam posições mais afastadas do feixe (por exemplo: anestesistas) terão doses de radiação mais reduzidas, embora estas possam ainda ser importantes ao nível das gónadas na zona do topo da mesa (anestesista). Conclui-se que a exposição profissional em blocos operatórios pode implicar, em cirurgia ortopédica, a sujeição a níveis de exposição consideráveis, o que permite classificar estes profissionais de categoria A, justificando a utilização obrigatória (e correcta de acordo com as recomendações) da dosimetria individual e a adopção de medidas de protecção radiológica, tantas vezes negligenciadas.

Otimização de esquemas terapêuticos do carcinoma da próstata envolvendo braquiterapia de baixa taxa de dose e radioterapia externa : abordagens física e radiobiológica

RESUMO: Este trabalho teve como objetivo a determinação de esquemas de tratamento alternativos para o carcinoma da próstata com radioterapia externa (EBRT) e braquiterapia de baixa taxa de dose (LDRBT) com implantes permanentes de Iodo-125, biologicamente equivalentes aos convencionalmente usados na prática clínica, com recurso a modelos teóricos e a métodos de Monte Carlo (MC). Os conceitos de dose biológica efetiva (BED) e de dose uniforme equivalente (EUD) foram utilizados, com o modelo linear-quadrático (LQ), para a determinação de regimes de tratamento equivalentes. Numa primeira abordagem, utilizou-se a BED para determinar: 1) esquemas hipofracionados de EBRT mantendo as complicações retais tardias de regimes convencionais com doses totais de 75,6 Gy, 77,4 Gy, 79,2 Gy e 81,0 Gy; e 2) a relação entre as doses totais de EBRT e LDRBT de modo a manter a BED do regime convencional de 45 Gy de EBRT e 110 Gy de LDRBT. Numa segunda abordagem, recorreu-se ao código de MC MCNPX para a simulação de distribuições de dose de EBRT e LDRBT em dois fantomas de voxel segmentados a partir das imagens de tomografia computorizada de pacientes com carcinoma da próstata. Os resultados das simulações de EBRT e LDRBT foram somados e determinada uma EUD total de forma a obterem-se: 1) esquemas equivalentes ao tratamento convencional de 25 frações de 1,8 Gy de EBRT em combinação com 110 Gy de LDRBT; e 2) esquemas equivalentes a EUD na próstata de 67 Gy, 72 Gy, 80 Gy, 90 Gy, 100 Gy e 110 Gy. Em todos os resultados nota-se um ganho terapêutico teórico na utilização de esquemas hipofracionados de EBRT. Para uma BED no reto equivalente ao esquema convencional, tem-se um aumento de 2% na BED da próstata com menos 5 frações. Este incremento dá-se de forma cada vez mais visível à medida que se reduz o número de frações, sendo da ordem dos 10-11% com menos 20 frações e dos 35-45% com menos 40 frações. Considerando os resultados das simulações de EBRT, obteve-se uma EUD média de 107 Gy para a próstata e de 42 Gy para o reto, com o esquema convencional de 110 Gy de LDRBT, seguidos de 25 frações de 1,8 Gy de EBRT. Em termos de probabilidade de controlo tumoral (igual EUD), é equivalente a este tratamento a administração de EBRT em 66 frações de 1,8 Gy, 56 de 2 Gy, 40 de 2,5 Gy, 31 de 3 Gy, 20 de 4 Gy ou 13 de 5 Gy. Relativamente à administração de 66 frações de 1,8 Gy, a EUD generalizada no reto reduz em 6% com o recurso a frações de 2,5 Gy e em 10% com frações de 4 Gy. Determinou-se uma BED total de 162 Gy para a administração de 25 frações de 1,8 Gy de EBRT em combinação com 110 Gy de LDRBT. Variando-se a dose total de LDRBT (TDLDRBT) em função da dose total de EBRT (TDEBRT), de modo a garantir uma BED de 162 Gy, obteve-se a seguinte relação:.......... Os resultados das simulações mostram que a EUD no reto diminui com o aumento da dose total de LDRBT para dose por fração de EBRT (dEBRT) inferiores a 2, Gy e aumenta para dEBRT a partir dos 3 Gy. Para quantidades de TDLDRBT mais baixas (<50 Gy), o reto beneficia de frações maiores de EBRT. À medida que se aumenta a TDLDRBT, a EUD generalizada no reto torna-se menos dependente da dEBRT. Este trabalho mostra que é possível a utilização de diferentes regimes de tratamento para o carcinoma da próstata com radioterapia que possibilitem um ganho terapêutico, quer seja administrando uma maior dose biológica com efeitos tardios constantes, quer mantendo a dose no tumor e diminuindo a toxicidade retal. A utilização com precaução de esquemas hipofracionados de EBRT, para além do benefício terapêutico, pode trazer vantagens ao nível da conveniência para o paciente e economia de custos. Os resultados das simulações deste estudo e conversão para doses de efeito biológico para o tratamento do carcinoma da próstata apresentam linhas de orientação teórica de interesse para novos ensaios clínicos. --------------------------------------------------ABSTRACT: The purpose of this work was to determine alternative radiotherapy regimens for the treatment of prostate cancer using external beam radiotherapy (EBRT) and low dose-rate brachytherapy (LDRBT) with Iodine-125 permanent implants which are biologically equivalent to conventional clinical treatments, by the use of theoretical models and Monte Carlo techniques. The concepts of biological effective dose (BED) and equivalent uniform dose (EUD), together with the linear-quadratic model (LQ), were used for determining equivalent treatment regimens. In a first approach, the BED concept was used to determine: 1) hypofractionated schemes of EBRT maintaining late rectal complications as with the conventional regimens with total doses of 75.6 Gy, 77.4 Gy, 79.2 Gy and 81.0 Gy; and 2) the relationship between total doses of EBRT and LDRBT in order to keep the BED of the conventional treatment of 45 Gy of EBRT and 110 Gy of LDRBT. In a second approach, the MC code MCNPX was used for simulating dose distributions of EBRT and LDRBT in two voxel phantoms segmented from the computed tomography of patients with prostate cancer. The results of the simulations of EBRT and LDRBT were added up and given an overall EUD in order to obtain: 1) equivalent to conventional treatment regimens of 25 fraction of 1.8 Gy of EBRT in combination with 110Gy of LDRBT; and 2) equivalent schemes of EUD of 67 Gy, 72 Gy, 80 Gy, 90 Gy, 100 Gy, and 110Gy to the prostate. In all the results it is noted a therapeutic gain using hypofractionated EBRT schemes. For a rectal BED equivalent to the conventional regimen, an increment of 2% in the prostate BED was achieved with less 5 fractions. This increase is visibly higher as the number of fractions decrease, amounting 10-11% with less 20 fractions and 35-45% with less 20 fractions. Considering the results of the EBRT simulations an average EUD of 107 Gy was achieved for the prostate and of 42 Gy for the rectum with the conventional scheme of 110 Gy of LDRBT followed by 25 fractions of 1.8 Gy of EBRT. In terms of tumor control probability (same EUD) it is equivalent to this treatment, for example, delivering the EBRT in 66 fractions of 1.8 Gy, 56 fractions of 2 Gy, 40 fractions of 2.5 Gy, 31 fractions of 3 Gy, 20 fractions of 4 Gy or 13 fractions of 5 Gy. Regarding the use of 66 fractions of 1.8 Gy, the rectum EUD is reduced to 6% with 2.5 Gy per fraction and to 10% with 4 Gy. A total BED of 162 Gy was achieved for the delivery of 25 fractions of 1.8 Gy of EBRT in combination with 110 Gy of LDRBT. By varying the total dose of LDRBT (TDLDRBT) with the total dose of EBRT (TDEBRT) so as to ensure a BED of 162 Gy, the following relationship was obtained: ....... The simulation results show that the rectum EUD decreases with the increase of the TDLDRBT, for EBRT dose per fracion (dEBRT) less than 2.5 Gy and increases for dEBRT above 3 Gy. For lower amounts of TDLDRBT (< 50Gy), the rectum benefits of larger EBRT fractions. As the TDLDRBT increases, the rectum gEUD becomes less dependent on the dEBRT. The use of different regimens which enable a therapeutic gain, whether deivering a higher dose with the same late biological effects or maintaining the dose to the tumor and reducing rectal toxicity is possible. The use with precaution of hypofractionated regimens, in addition to the therapeutic benefit, can bring advantages in terms of convenience for the patient and cost savings. The simulation results of this study together with the biological dose conversion for the treatment of prostate cancer serve as guidelines of interest for new clinical trials.

Estudo de materiais fibrosos para aplicação em modelos cerebrais

Neste trabalho, multifilamentos ocos de polipropileno foram estudados com o objetivo de construir um fantoma cerebral adequado à validação e controlo de qualidade de uma modalidade de imagem clínica inovadora: High-Definition Fiber Tractography. Foram investigadas e discutidas a análise à secção transversal e a redução da área de multifilamentos ocos de polipropileno, através de estiramento. De acordo com os resultados experimentais, a dimensão da secção transversal dos multifilamentos é proporcional à massa linear dos mesmos, existindo uma irregularidade, relativamente, à forma deste tipo de materiais.

Performance assessment of electrically small antennas for implantable microsystems with wireless power and communications

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)

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.