A Tomografia Computadorizada de Energia Dupla (DECT em inglês) é um dos campos das imagens tomográficas que mais evoluiu nos últimos anos. O DECT usa dois espectros para irradiar pacientes e é capaz de diferenciar tecidos com base na sua composição elementar. Apesar de serem semelhantes aos dispositivos padrão de tomografia, para essa modalidade é necessário o desenvolvimento de ferramentas específicas que permitam o estudo de suas propriedades de imagem. O objetivo deste trabalho era construir um sistema simulado de Tomografia Computadorizada (TC) com a capacidade de produzir imagens semelhantes às obtidas em dispositivos DECT reais. O TC simulado também permitiria explorar as propriedades das imagens de materiais de teste antes de sua construção física. Este trabalho presenta a simulação do processo de aquisição de imagens de um dispositivo DECT que funciona a partir da troca rápida de kV, o GE Discovery CT 750 HD. A geometria simulada foi baseada num dispositivo atualmente disponível no InRad (Instituto de Radiologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo). As simulações foram realizadas usando o código Monte Carlo PENELOPE/penEasy para simular o transporte de radiação através dos materiais e detectores. Também é apresentada uma comparação entre as imagens obtidas no dispositivo real e nas simulações. Para isso, foi preparado um objeto simulador cilíndrico contendo concentrações de materiais equivalentes a iodo e cálcio. As imagens de tal objeto simulador foram adquiridas no equipamento GE Discovery CT 750 HD. Um objeto simulador equivalente foi modelado e as suas imagens foram simuladas com o código PENELOPE/penEasy. As imagens foram adquiridas e reconstruídas de acordo com as possibilidades do equipamento clínico de tomografia. Imagens de concentração de material e imagens monoenergéticas foram obtidas a partir do dispositivo CT clínico e das simulações. O algoritmo BMD (Basis Material Decomposition em Inglês) baseado nas projeções foi implementado usando os coeficientes de atenuação mássicos da água e do iodo. Consequentemente, imagens de concentração dos materiais água e iodo foram obtidas. A concentração medida nos cilindros de iodo foi equivalente às esperadas tanto no dispositivo real quanto nas imagens simuladas. Foram observados artefatos de endurecimento de feixe nas imagens de concentração de material. Imagens monoenergéticas foram obtidas para diferentes energias. Tais imagens foram obtidas a partir da superposição das imagens de concentração de água e iodo, que foram ponderadas pelos seus respectivos coeficientes de atenuação mássicos. Verificou-se que para as imagens monoenergéticas simuladas e reais em altas energias a imagem de concentração da água é a componente dominante, produzindo imagens que apresentaram as cavidades de iodo como menos atenuantes do que a água. Por outro lado, para energias baixas, a componente dominante nas imagens monoenergéticas foi a imagem de concentração do iodo. O CNR foi analisado nas imagens monoenergéticas como função da energia. As curvas do CNR dos dispositivos simulado e real exibiram semelhanças em sua forma, mas com escala diferente devido à diferença no ruído. Foi possível concluir que o modelo DECT simulado apresenta resultados qualitativos semelhantes aos obtidos no dispositivo real. O sistema de TC simulado permite explorar as características das imagens com diferentes materiais e composições. Ele também pode ser usado como uma ferramenta didática para melhorar a compreensão da diferenciação de materiais em tomografia espectral e DECT. / Dual Energy (DE) Computed Tomography (CT) is one of the fields of tomographic images that has evolved rapidly during the last years. DECT uses two X-ray spectra to irradiate patients It is capable to differentiate materials based on its elementary composition. Despite being similar to standard CT devices, DECT devices require the development of specific tools that allow the study of their image properties. The objective of this work was to build a modelled CT system capable of producing images similar to those obtained in real DECT devices. The modelled CT would also allow exploring the image properties of test materials before their physical construction. This work presents the simulation of the acquisition process of a DECT device that works with rapid kV switching, the GE Discovery CT 750 HD. The simulated geometry was based on a device currently available at the InRad (Institute of Radiology of the Faculty of Medicine of the University of São Paulo). The simulations were carried out using the PENELOPE/penEasy Monte Carlo code, which simulates radiation transport through the materials and detectors. A comparison between the images obtained in the real device and from simulations is also presented. To do so, a real phantom was prepared to be imaged and an equivalent system was simulated. The phantom contained inserts with concentrations of iodine and calcium. The images were acquired and reconstructed according to the possibilities of the real CT device. Standard, material concentration and virtual monoenergetic images were acquired[L1] from both, the real CT device and simulations. The Projection-Based BMD method was implemented using the mass attenuation coefficients of water and iodine. Then, material concentration images of water and iodine were obtained. The iodine concentrations estimated from the images agreed with the expected values in both real device and simulated images. Beam hardening artefacts were observed in the simulated material concentration images. Monoenergetic images were obtained for different energies. Such images were obtained as a superposition of the concentration images of water and iodine, weighed by their respective mass attenuation coefficient. It was verified that in the simulated and real device images, at high energies, the water concentration image predominated in the monoenergetic images, producing images that presented the iodine cavities as less attenuating than water. In contrast, at low energies, the predominant component of the monoenergetic images was the iodine concentration image. Contrast Noise Ratio (CNR) was analysed in the monochromatic images as a function of energy. Simulated and real device CNR curves exhibited similarities in their shape but with a different scale due to their difference in noise. It was possible to conclude that the simulated DECT model presented qualitative results similar to the obtained in the real device. The modelled CT system permits exploring the image features with different materials and compositions. It could also be used as a didactic tool to improve the understanding of material differentiation in spectral or DECT.

Orientadores: Gil Guerra Júnior, Roberto Teixeira Mendes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-27T03:51:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Samur-SanMartin_JuanEduardo_D.pdf: 1683906 bytes, checksum: 919ec09c31bfe0bfe0e71a27f12c92e7 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Estrutura da Tese: Estudo estruturado pelo "modelo Escandinavo", denominado de "modelo alternativo" no Programa de Pós-Graduação em Saúde da Criança e do Adolescente da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade Estadual de Campinas (FCM ¿ Unicamp). Esta tese está composta por introdução geral, objetivos, capítulos (1 e 2) e conclusão geral. A introdução geral aborda: aspectos sobre a síndrome de Down (SD); da obesidade com temas direcionados à fisiopatologia, tipos, incidência e diagnóstico em crianças e adolescentes; da obesidade na SD; da associação da obesidade com a doença cardiovascular (DCV), como também a avaliação dos fatores de risco cardiovascular em indivíduos com e sem SD. Os capítulos 1 e 2 estão em formato de artigo. Na conclusão geral foram apresentadas as principais conclusões dos dois artigos. As referências bibliográficas foram apresentadas no final de cada capítulo e da tese. Objetivos: Os objetivos do presente estudo são: (1) estimar o ponto de corte do Índice de Massa Corporal (IMC) para o diagnóstico de obesidade em adolescentes com SD de acordo com diferentes referências para classificação do IMC em relação ao percentual de gordura corporal (%GC) avaliado pela absorciometria com raios-X de dupla energia (DXA) e (2) avaliar os fatores de risco cardiovascular em adolescentes com SD e compará-los em relação ao diagnóstico de obesidade estabelecido pelo escore z do IMC da World Health Organization (WHO). Casuística e Métodos: Participaram no primeiro artigo (capítulo 1) 34 adolescentes com SD e no segundo artigo (capítulo 2) 32, de ambos os sexos (idade: 10 e 17 anos). No capítulo 1, duas técnicas foram utilizadas para avaliar a composição corporal: IMC e DXA. O IMC foi avaliado de acordo com as referências da International Obesity Task Force (IOTF), da WHO para população geral, e de Myrelid et al. e Styles et al. para população com SD. O %GC foi avaliado pela DXA de corpo inteiro e classificado de acordo NHANES 2011. No capítulo 2, o IMC considerado como alterado foi ?2,00. Foram avaliados circunferência da cintura, pressão arterial, perfil lipídico, HOMA-IR e proteína C reativa (PCR). O colesterol total, o HDL, o LDL, os triglicérides, o HOMA-IR e a PCR foram considerados fatores de risco cardiovascular e analisados em relação ao escore z do IMC. Resultados: No capítulo 1, apenas os meninos apresentaram a altura significativamente maior que as meninas e estas %GC maior que os meninos. Todas as referências que usaram IMC para avaliar obesidade apresentaram associação positiva com o %GC avaliado pela DXA no diagnóstico de obesidade. Utilizando a curva ROC em relação ao %GC pela DXA, todas as referências apresentaram alta sensibilidade, porém, o escore z do IMC pela WHO apresentou melhor especificidade, com o valor da acurácia de 82% para o ponto de corte >2,14. No capítulo 2, seis adolescentes não apresentaram nenhum dos seis fatores de risco cardiovascular, 15 apresentaram um ou dois fatores de risco e 11 apresentaram três ou mais. O escore z do IMC com melhor sensibilidade (81,8%), especificidade (71,4%) e acurácia (72%) para identificar os grupos com menos de três ou três ou mais fatores de risco cardiovascular foi o 2,14. Conclusão: De todas as referências utilizadas para o diagnóstico de obesidade o ponto de corte do escore z >2,14 de IMC da WHO mostrou melhor especificidade. O ponto de corte do escore z >2,14 de IMC da WHO confirmou ser o melhor ponto de corte para diagnóstico de obesidade relacionada a risco de DCV entre adolescentes com SD / Abstract: Structure of the Thesis: This study is structured by "Scandinavian Model," called "Alternative Model" in the Postgraduate Program in Child and Adolescent Health of the School of Medical Sciences, at State University of Campinas (FCM - Unicamp). This thesis is composed of general introduction, objectives, chapters (1 and 2) and general conclusion. The general introduction approach aspects of the history of Down syndrome (DS), prevalence, genetics, clinical features and demonstrations in DS; as well as dealing with obesity issues directed to the pathophysiology, types, prevalence and diagnosis in children and adolescents, diagnostic methods and obesity in DS; the association of obesity with cardiovascular disease (CVD), as well as the assessment of cardiovascular risk factors in children, adolescents and adults with and without DS. Chapters 1 and 2 are in article format. In general conclusion were presented the main conclusions of the two articles. References were presented at the end of each chapter and of the thesis. Objectives: The aims of this study are: (1) to estimate the cutoff point of the body mass index (BMI) for the diagnosis of obesity in adolescents with DS according to different references for BMI in relation to the percentage of body fat (%BF) measured by absorptiometry dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) and (2) to assess the cardiovascular risk factors in adolescents with DS and compare them in relation to obesity diagnosis determined by z-score for BMI of the World Health Organization (WHO). Materials and Methods: In this study, participated in the first article (Chapter 1) 34 adolescents with DS and the second article (Chapter 2) 32 adolescents with DS, of both sexes (age: 10 to 17 years). In Chapter 1, two techniques were used to assess body composition: BMI and DXA. BMI was evaluated according to the references of the International Obesity Task Force (IOTF), the WHO for the general population, and Myrelid et al. and Styles et al. for people with DS. The %BF was assessed by whole body DXA and classified according to NHANES. In chapter 2, weight and height were measured and BMI calculated. BMI considered abnormal was >2.14. We evaluated waist circumference, blood pressure, lipid profile, HOMA-IR and C-reactive protein (CRP). Total cholesterol, HDL, LDL, triglycerides, HOMA-IR and CRP were considered cardiovascular risk factors and analyzed in relation to BMI z score. Results: In Chapter 1, all references who have used BMI to assess obesity was positively associated with %BF measured by DXA in the diagnosis of obesity. Using the ROC curve in relation to %BF by DXA, all references showed high sensitivity, but the z-score of BMI by WHO showed better specificity, with the value of the accuracy of 82% for the cutoff point above 2.14. In Chapter 2, six teenagers do not show any of the six cardiovascular risk factors, 15 had one or two risk factors and 11 had three or more. The z scores of BMI with better sensitivity (81.8%), specificity (71.4%) and accuracy (72%) to identify the groups with less than three or three or more cardiovascular risk factors was 2.14. Conclusion: All the references used for the diagnosis of obesity of the cutoff point of z-scores above 2.14 by WHO showed better specificity. WHO BMI z scores greater than 2.14 confirmed to be the best cutoff point for obesity diagnosis related to risk of the cardiovascular disease among adolescents with DS / Doutorado / Saude da Criança e do Adolescente / Doutor em Ciências