With the introduction of four dimensional-computed tomography (4DCT), treatment centers are now better able to account for respiration-induced uncertainty in radiation therapy treatment planning for lung cancer. We examined two practices in which 4DCT is used in radiotherapy. Our first study investigated the dosimetric uncertainty in four-dimensional (4D) dose calculation using three temporal probability distributions: 1) uniform distribution, 2) sinusoidal distribution, and 3) patient-specific distribution derived from the respiratory trace. Four-dimensional dose was evaluated in nine lung cancer patients. First, dose was computed for each of 10 binned CTs using 4DCT and deformable image registration. Next, the 10 deformed doses were summed together using one of three temporal probability distributions. To compare the two approximated 4D dose calculations to the 4D calculation derived using the patient's respiratory trace, 3D gamma analysis was performed using a tolerance criteria of 3% dose difference and 3mm distance to agreement. Additionally, mean lung dose (MLD), mean tumor dose (MTD), and lung V20 were used to assess clinical impact. For all patients, both uniform and sinusoidal dose distributions were found to have an average gamma passing rate >99% for both the lung and PTV volumes. Compared with 4D dose calculated using the patient respiratory trace, uniform distribution and sinusoidal distribution showed a percentage difference on average of -0.1±0.6% and -0.2±0.4% in MTD, -0.2±2.0% and -0.2±1.3% in MLD, 0.9±2.8% and -0.7±1.8% in lung V20, respectively. We concluded that 4D dose computed using either a uniform or sinusoidal temporal probability distribution is able to approximate 4D dose computed using the patient-specific respiratory trace. Our second study evaluated the dosimetric and temporal effects of respiratory gated radiation therapy using four different gating windows (20EX-20IN, 40EX-40IN, 60EX-60IN, and 80EX-80IN) and estimated the corresponding treatment delivery times for normal (500MU/min) and high (1500MU/min) dose rates. Five patients (3 non-gated, 2 gated 80EX-80IN) were retrospectively evaluated. For each patient, four individual treatment plans corresponding to the four different gating windows were created, and treatment delivery time for each plan was estimated using a MATLAB (MathWorks, Natick, MA) algorithm. Results showed that smaller gating windows reduced PTV volume, mean lung dose, and lung V20, while maintaining mean tumor dose and PTV coverage. Treatment times for gated plans were longer when dose rate was unchanged, however, increased dose rates were shown to achieve treatment times comparable to or faster than non-gated delivery times. We concluded that gated radiation therapy in lung cancer patients could potentially reduce lung toxicity, while as effectively treating the target volume. Furthermore, increased dose rates with gated radiation therapy are able to provide treatment times comparable to non-gated treatment.

Nesta tese, buscou-se avaliar se a tomografia computadorizada de duplaenergia pós-contraste (TCDE) é capaz de detectar diferenças regionais da perfusão pulmonar em um modelo animal suíno incluindo variações de decúbito, lesão alveolar e oclusão da artéria pulmonar com balão, comparando estes resultados com os obtidos pela perfusão de primeira passagem com a tomografia computadorizada dinâmica (TCD). Dez suínos landrace foram divididos em Grupos A (N = 5, controle) e B (N = 5). Animais do Grupo B foram submetidos ao protocolo de lesão alveolar induzida por ventilação mecânica (LPIV). O volume sanguíneo perfundido e o fluxo sanguíneo pulmonar foram, respectivamente, estimados pela TCDE (%VSPTCDE) e pela TCD (FSPTCD), em diversas condições experimentais: posição supina versus prona, presença versus ausência de LPIV, presença ou ausência de oclusão da artéria pulmonar. A correlação entre %VSPTCDE e FSPTCD foi moderada (R = 0,60) com ampla variabilidade (intervalo 0,35-0,91) entre animais. %VSPTCDE e FSPTCD demonstraram padrões similares de heterogeneidade da perfusão pulmonar nas diferentes condições experimentais. Entretanto, reduções do %VSPTCDE causadas pela oclusão com balão foram em média -29,32 %, enquanto reduções do FSPTCD foram em média -86,78 % (p < 0,001). Estimativas quantitativas do VSPTCDE tiveram um erro médio de +4.3 ml/100g em comparação com o FSPTCD, com limites de concordância de 95 % entre -16,6 ml/100g e 25,1 ml/100g. A TCDE póscontraste é capaz de prover estimativas semiquantitativas que refletem a heterogeneidade regional da perfusão pulmonar causada por mudanças de decúbito, lesão alveolar e oclusão da artéria pulmonar com balão, apresentando moderada correlação com a perfusão de primeira passagem pela TCD / We aimed to evaluate whether contrast-enhanced dual-energy CT (DECT) detects regional pulmonary perfusion changes in a swine model of acute lung injury, with variations in decubitus and transient occlusion of the pulmonary artery, comparing these results with those obtained with dynamic CT perfusion (DynCT). Ten landrace swine were assigned to Groups A (N = 5, control) and B (N = 5). Group B was subjected to ventilator-induced lung injury (VILI). Perfused blood volume and pulmonary blood flow were quantified by DECT (PBVDECT) and DynCT (PBFDynCT), respectively, under different settings: supine versus prone, and with/without balloon occlusion of a pulmonary artery (PA) branch. Correlation of regional PBVDECT versus PBFDynCT was moderate (R = 0.60) with high variability (range 0.35-0.91) among the animals. Regional pulmonary perfusion changes assessed by %PBVDECT agreed with PBFDynCT in response to decubitus changes, lung injury and balloon occlusion in the multivariate analysis. However, reductions in %PBVDECT caused by balloon occlusion were in average -29.32 %, whereas reductions in PBFDynCT were in average -86.78 % (p < 0.001). Quantitative estimates of PBVDECT had a mean bias of +4.3 ml/100g in comparison with PBVDynCT, with 95 % confidence intervals between -16.6 ml/100g and 25.1 ml/100g. Semiquantitative contrastenhanced DECT reflects regional changes in perfusion caused decubitus changes, acute lung injury, and balloon occlusion of the PA, with moderate correlation in comparison with DynCT

Nesta tese, buscou-se avaliar se a tomografia computadorizada de duplaenergia pós-contraste (TCDE) é capaz de detectar diferenças regionais da perfusão pulmonar em um modelo animal suíno incluindo variações de decúbito, lesão alveolar e oclusão da artéria pulmonar com balão, comparando estes resultados com os obtidos pela perfusão de primeira passagem com a tomografia computadorizada dinâmica (TCD). Dez suínos landrace foram divididos em Grupos A (N = 5, controle) e B (N = 5). Animais do Grupo B foram submetidos ao protocolo de lesão alveolar induzida por ventilação mecânica (LPIV). O volume sanguíneo perfundido e o fluxo sanguíneo pulmonar foram, respectivamente, estimados pela TCDE (%VSPTCDE) e pela TCD (FSPTCD), em diversas condições experimentais: posição supina versus prona, presença versus ausência de LPIV, presença ou ausência de oclusão da artéria pulmonar. A correlação entre %VSPTCDE e FSPTCD foi moderada (R = 0,60) com ampla variabilidade (intervalo 0,35-0,91) entre animais. %VSPTCDE e FSPTCD demonstraram padrões similares de heterogeneidade da perfusão pulmonar nas diferentes condições experimentais. Entretanto, reduções do %VSPTCDE causadas pela oclusão com balão foram em média -29,32 %, enquanto reduções do FSPTCD foram em média -86,78 % (p < 0,001). Estimativas quantitativas do VSPTCDE tiveram um erro médio de +4.3 ml/100g em comparação com o FSPTCD, com limites de concordância de 95 % entre -16,6 ml/100g e 25,1 ml/100g. A TCDE póscontraste é capaz de prover estimativas semiquantitativas que refletem a heterogeneidade regional da perfusão pulmonar causada por mudanças de decúbito, lesão alveolar e oclusão da artéria pulmonar com balão, apresentando moderada correlação com a perfusão de primeira passagem pela TCD / We aimed to evaluate whether contrast-enhanced dual-energy CT (DECT) detects regional pulmonary perfusion changes in a swine model of acute lung injury, with variations in decubitus and transient occlusion of the pulmonary artery, comparing these results with those obtained with dynamic CT perfusion (DynCT). Ten landrace swine were assigned to Groups A (N = 5, control) and B (N = 5). Group B was subjected to ventilator-induced lung injury (VILI). Perfused blood volume and pulmonary blood flow were quantified by DECT (PBVDECT) and DynCT (PBFDynCT), respectively, under different settings: supine versus prone, and with/without balloon occlusion of a pulmonary artery (PA) branch. Correlation of regional PBVDECT versus PBFDynCT was moderate (R = 0.60) with high variability (range 0.35-0.91) among the animals. Regional pulmonary perfusion changes assessed by %PBVDECT agreed with PBFDynCT in response to decubitus changes, lung injury and balloon occlusion in the multivariate analysis. However, reductions in %PBVDECT caused by balloon occlusion were in average -29.32 %, whereas reductions in PBFDynCT were in average -86.78 % (p < 0.001). Quantitative estimates of PBVDECT had a mean bias of +4.3 ml/100g in comparison with PBVDynCT, with 95 % confidence intervals between -16.6 ml/100g and 25.1 ml/100g. Semiquantitative contrastenhanced DECT reflects regional changes in perfusion caused decubitus changes, acute lung injury, and balloon occlusion of the PA, with moderate correlation in comparison with DynCT

A instabilidade patelar é uma patologia comum dentro da especialidade da cirurgia do joelho. O principal fator estabilizador dessa articulação é o ligamento patelofemoral medial, sendo esta a principal estrutura a ser reconstruída no tratamento cirúrgico da instabilidade patelar. Apesar de sua reconstrução apresentar excelentes resultados clínicos, não se sabe ao certo o real efeito in vivo desse procedimento no movimento da patela ao redor do fêmur. A avaliação da articulação patelofemoral tradicionalmente é feita através de exames de imagem estáticos. Com a evolução dos aparelhos de tomografia computadorizada, se tornou possível realizar esse exame durante movimento ativo, técnica ainda pouco utilizada para estudo de articulações como o joelho. O objetivo deste estudo foi padronizar o uso da tomografia de 320 fileiras de detectores para estudo dinâmico da articulação patelofemoral em pacientes com instabilidade patelar recidivante pré e pós-reconstrução do ligamento patelofemoral medial, analisando o efeito da cirurgia no trajeto da patela ao longo do arco de movimento. Foram selecionados 10 pacientes com instabilidade patelar e indicação de reconstrução do ligamento patelofemoral medial isolada, que foram submetidos à tomografia antes e após um mínimo de 6 meses da cirurgia. Os parâmetros anatômicos avaliados foram os ângulos de inclinação da patela e distância da patela ao eixo da tróclea através de um programa de computador desenvolvido especificamente para esse fim. Foram aplicados os escores clínicos de Kujala e Tegner e calculada a radiação dos exames. O protocolo escolhido para aquisição de imagens na tomografia foi: potencial do tubo de 80 kV, carga transportável de 50 mA, espessura de corte de 0,5 mm e tempo de aquisição de 10 segundos, o que gerou um DLP (dose length product) de 254 mGycm e uma dose efetiva estimada de radiação de 0,2032 mSv. O paciente realizava uma extensão ativa do joelho contra a gravidade. Os resultados não mostraram mudança do trajeto da patela após a reconstrução do ligamento patelofemoral medial, apesar de não ter havido nenhuma recidiva da instabilidade e os escores clínicos apresentarem melhora média de 22,33 pontos no Kujala (p=0,011) e de 2 níveis no Tegner (p=0,017) / Patellar instability is a common pathology in the practice of knee surgeons. The most important stabilizing structure in the patellofemoral joint is the medial patellofemoral ligament. This ligament is the main structure to be reconstructed during surgery for patellofemoral instability. Although clinical results for this procedure are excellent, the real in vivo effect of medial patellofemoral ligament reconstruction on patellar tracking is unknown. The study of this joint is usually made with static imaging. With the recent evolution of tomographers, it is now possible to analyze anatomical structures moving during active range of motion. This technique (dynamic computerized tomography) has not been routinely used to study joints as the knee. This study had the purpose of standardizing the use of 320-detector row computerized tomography for the patellofemoral joint, analyzing patients before and after surgical reconstruction of medial patellofemoral ligament. We selected 10 patients with patellofemoral instability referred to isolated medial patellofemoral ligament reconstruction surgery, and submitted them to a dynamic computerized tomography before and at a minimum of 6 months after surgery. Patellar tilt angles and shift distance were analyzed using a computer software specifically designed for this purpose. Kujala and Tegner scores were applied and the radiation of the exams was recorded. The protocol for imaging acquisition was: tube potential of 80 kV, 50 mA, slice thickness of 0.5 mm and 10 seconds of acquisition duration. This produced a DLP (dose length product) of 254 mGycm and a radiation effective estimated dose of 0.2032 mSv. There were no changes in patellar tracking after medial patellofemoral ligament reconstruction. There was no instability relapse. Clinical scores showed an average improvement of 22.33 points for Kujala (p=0.011) and of 2 levels for Tegner (p=0.017)

A instabilidade patelar é uma patologia comum dentro da especialidade da cirurgia do joelho. O principal fator estabilizador dessa articulação é o ligamento patelofemoral medial, sendo esta a principal estrutura a ser reconstruída no tratamento cirúrgico da instabilidade patelar. Apesar de sua reconstrução apresentar excelentes resultados clínicos, não se sabe ao certo o real efeito in vivo desse procedimento no movimento da patela ao redor do fêmur. A avaliação da articulação patelofemoral tradicionalmente é feita através de exames de imagem estáticos. Com a evolução dos aparelhos de tomografia computadorizada, se tornou possível realizar esse exame durante movimento ativo, técnica ainda pouco utilizada para estudo de articulações como o joelho. O objetivo deste estudo foi padronizar o uso da tomografia de 320 fileiras de detectores para estudo dinâmico da articulação patelofemoral em pacientes com instabilidade patelar recidivante pré e pós-reconstrução do ligamento patelofemoral medial, analisando o efeito da cirurgia no trajeto da patela ao longo do arco de movimento. Foram selecionados 10 pacientes com instabilidade patelar e indicação de reconstrução do ligamento patelofemoral medial isolada, que foram submetidos à tomografia antes e após um mínimo de 6 meses da cirurgia. Os parâmetros anatômicos avaliados foram os ângulos de inclinação da patela e distância da patela ao eixo da tróclea através de um programa de computador desenvolvido especificamente para esse fim. Foram aplicados os escores clínicos de Kujala e Tegner e calculada a radiação dos exames. O protocolo escolhido para aquisição de imagens na tomografia foi: potencial do tubo de 80 kV, carga transportável de 50 mA, espessura de corte de 0,5 mm e tempo de aquisição de 10 segundos, o que gerou um DLP (dose length product) de 254 mGycm e uma dose efetiva estimada de radiação de 0,2032 mSv. O paciente realizava uma extensão ativa do joelho contra a gravidade. Os resultados não mostraram mudança do trajeto da patela após a reconstrução do ligamento patelofemoral medial, apesar de não ter havido nenhuma recidiva da instabilidade e os escores clínicos apresentarem melhora média de 22,33 pontos no Kujala (p=0,011) e de 2 níveis no Tegner (p=0,017) / Patellar instability is a common pathology in the practice of knee surgeons. The most important stabilizing structure in the patellofemoral joint is the medial patellofemoral ligament. This ligament is the main structure to be reconstructed during surgery for patellofemoral instability. Although clinical results for this procedure are excellent, the real in vivo effect of medial patellofemoral ligament reconstruction on patellar tracking is unknown. The study of this joint is usually made with static imaging. With the recent evolution of tomographers, it is now possible to analyze anatomical structures moving during active range of motion. This technique (dynamic computerized tomography) has not been routinely used to study joints as the knee. This study had the purpose of standardizing the use of 320-detector row computerized tomography for the patellofemoral joint, analyzing patients before and after surgical reconstruction of medial patellofemoral ligament. We selected 10 patients with patellofemoral instability referred to isolated medial patellofemoral ligament reconstruction surgery, and submitted them to a dynamic computerized tomography before and at a minimum of 6 months after surgery. Patellar tilt angles and shift distance were analyzed using a computer software specifically designed for this purpose. Kujala and Tegner scores were applied and the radiation of the exams was recorded. The protocol for imaging acquisition was: tube potential of 80 kV, 50 mA, slice thickness of 0.5 mm and 10 seconds of acquisition duration. This produced a DLP (dose length product) of 254 mGycm and a radiation effective estimated dose of 0.2032 mSv. There were no changes in patellar tracking after medial patellofemoral ligament reconstruction. There was no instability relapse. Clinical scores showed an average improvement of 22.33 points for Kujala (p=0.011) and of 2 levels for Tegner (p=0.017)